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《哈尔滨工业大学》 2010年
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环境激励下大跨空间钢结构参数识别与损伤预警

朱焰煌  
【摘要】: 随着国民经济的不断发展以及建筑科学技术水平的不断提高,各种造型独特、结构复杂的大跨度空间结构不断涌现,以往多应用于桥梁结构上的健康监测技术也逐步地在大跨空间结构中得到应用。参数识别和损伤预警是健康监测的核心技术。环境激励下存在测试数据的信噪比低、结构响应受外界环境因素的影响等问题,这些问题导致一些算法虽然在数值或实验室模型中有效,但却很难直接应用到实际工程中。本文以国家游泳中心水立方结构健康安全监测项目为工程依托,围绕实际工程健康监测中的参数识别及损伤预警相关问题展开研究,主要研究内容如下: (1)研究加速度传感器的优化布置方法。针对大跨空间钢结构的振动特点,研究基于模态能量和分步优化的传感器布置方法。根据结构模态应变能的大小挑选出环境激励下结构的主要贡献模态,即优化时所取的监控模态。根据模态振型形状、特征向量乘积以及模态置信度,采用分步法进行传感器优化布置。以国家游泳中心钢结构为工程背景,对其模态测试时加速度传感器布点进行优化。 (2)研究结构健康监测加速度信号的降噪方法。分析有用信号与噪声的模极大值特点,针对小波降噪中分解层数以及奇异值降噪中重构阶次难以确定的问题,研究一种分解层数以及重构阶次的自适应确定法。用数值模拟信号以及实测数据对所提方法进行验证。 (3)研究基于小波变换的模态参数识别技术以及模态变异性。针对大跨空间结构具有低频密集模态以及难以实现用力锤或激振器来激励等特点,研究自然激励法与小波变换相结合的模态参数识别方法。分析母小波参数的选择对识别精度的影响,研究基于遗传算法和最小标准差的小波中心频率及带宽的自适应选择方法。通过数值仿真以及国家游泳中心现场实测数据的分析,验证所提方法的有效性。在此基础上进一步分析模态参数的环境变异性。 (4)研究考虑不确定性的模型修正方法。针对用于模型修正的模态参数具有不确定性的特点,以及大型复杂结构模型修正时计算量大的问题,研究基于区间理论和多输出支持向量回归机的有限元模型修正方法。利用区间分析法来描述参数的不确定性,用均匀实验设计方法构造样本,将实测模态参数作为输入,多个设计参数作为输出,以支持向量回归机逼近输入输出二者之间的非线性映射关系,然后利用支持向量回归机的泛化推广能力,求解设计参数的目标值,为有限元模型修正提供一种新的探索。利用所提方法对国家游泳中心钢结构模型进行修正。 (5)研究运营条件下结构损伤预警方法。研究基于脉冲响应函数和统计判别的损伤预警方法,首先通过虚拟激励技术提取环境激励下结构脉冲响应,然后以脉冲响应作为敏感指标,综合运用主成分分析、支持向量机、控制图等方法,对运营环境下结构损伤进行预警。利用国家游泳中心钢结构数值模型以及实测数据对所提方法的有效性进行验证。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU393.3

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 郑世夺;基于小波和振动模态分析的正放四角锥网架结构损伤检测研究[D];河北科技大学;2011年
2 刘水华;环境因素下空间结构的应变模态分析[D];广州大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张昊;陶然;李志勇;杜华;;基于自适应模拟退火遗传算法的特征选择方法[J];兵工学报;2009年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 黄天立;结构系统和损伤识别的若干方法研究[D];同济大学;2007年
2 樊江玲;基于输出响应的模态参数辨识方法研究[D];上海交通大学;2007年
3 罗光坤;Morlet小波变换理论与应用研究及软件实现[D];南京航空航天大学;2007年
4 杨彦芳;基于频响函数的网架结构损伤诊断方法研究[D];大连理工大学;2008年
5 陆海燕;基于遗传算法和准则法的高层建筑结构优化设计研究[D];大连理工大学;2009年
6 孙小猛;基于模态观测的结构健康监测的传感器优化布置方法研究[D];大连理工大学;2009年
7 侯立群;大型斜拉桥基于健康监测的模型修正、损伤诊断与预警方法[D];哈尔滨工业大学;2009年
8 李顺龙;基于健康监测技术的桥梁结构状态评估和预警方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 李炜明;土木工程结构系统辨识的统计方法研究[D];华中科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 陈志为;基于统计模式识别技术的结构异常检验[D];福州大学;2006年
2 纪志远;基于控制图法的结构损伤识别方法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
3 代凤娟;支持故障预测的传感器优化布置研究[D];西北工业大学;2007年
4 杨焕龙;基于环境振动下模态试验分析方法在桥梁结构中的应用[D];吉林大学;2007年
5 李欣;电力机车主变压器优化设计[D];湖南大学;2007年
6 张晴雯;结构损伤识别不确定性的研究[D];大连理工大学;2007年
7 卢云军;大跨空间钢结构模态参数识别与环境变异性研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
8 张德义;大跨空间结构模态参数的温度敏感性与应变预警方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李亚东,张华林,马亿珠,李宾杰,吴志申;ABS/纳米Sb_2O_3复合材料阻燃性能研究[J];工程塑料应用;2005年02期
2 孙宝寿;邓益民;陈哲;王利柱;刘军;;基于Taguchi和UDE试验设计的注塑工艺参数优化[J];工程塑料应用;2009年12期
3 吴大宏,赵人达;基于遗传算法与神经网络的桥梁结构健康监测系统研究初探[J];四川建筑科学研究;2002年03期
4 淡丹辉,何广汉;智能桥梁结构的智能计算方案及其初步实现[J];四川建筑科学研究;2002年04期
5 王利恒;周锡元;阎维明;;结构损伤检测方法的一些新进展[J];四川建筑科学研究;2005年06期
6 顾红祥;;“船型建筑”结构工程质量的检测分析[J];四川建筑科学研究;2007年04期
7 吴晓;杨立军;;多弹性扭转支承开口薄壁杆的扭转屈曲[J];四川建筑科学研究;2007年05期
8 康菊;宋振森;;节点刚度对有缺陷短程线球面网壳稳定性的影响[J];四川建筑科学研究;2008年01期
9 石永久;杨文;王元清;;梁柱刚接节点负载下加固的有限元研究[J];四川建筑科学研究;2008年04期
10 潘晓杰;谢慧才;程林;李洋;;钢管混凝土拱桥模型的理论和试验模态分析[J];四川建筑科学研究;2008年05期
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1 牛草原;陈奎孚;;玉米植株抗倒折能力综合测试[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
2 齐登红;常珂;朱中道;;利用回归分析确定降水入渗补给函数[A];河南省地质调查与研究通报2007年卷(上册)[C];2007年
3 朱启兵;黄敏;崔宝同;;卷积型小波包在轧辊偏心信号检测中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 朱寅;吴敏;曹卫华;何勇;;基于小波分解与图像增强的高炉红外图像处理方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 陈立海;杨青真;孙志强;季新杰;;基于遗传算法与神经网络的翼型气动优化设计研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 ;Diagnostic Parameters Selection of Aero-engine Based on BP Network[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 叶庆卫;赵挺凯;周宇;王晓东;;基于改进Morlet小波的斜拉索振动基频提取[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
8 丁建彤;白银;戴玭;杨建国;石研然;;高速水下钢球法的建立与应用[A];2011全国水工泄水建筑物安全与病害处理技术应用会刊[C];2011年
9 赵发刚;周徐斌;申军烽;杜冬;;航天器在轨模态辨识技术的探讨[A];机械动力学理论及其应用[C];2011年
10 王旭东;李健;;屋顶风机致振问题的分析与处理[A];全国结构振动与动力学学术研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陶秋香;PS InSAR关键技术及其在矿区地面沉降监测中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
2 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
3 包兴先;基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D];中国海洋大学;2010年
4 陈为真;大型结构振动信号处理与模态参数识别研究[D];华中科技大学;2010年
5 徐远纲;大型电站锅炉掺烧印尼煤的研究与应用[D];华中科技大学;2010年
6 魏要强;基于空运行激励的数控机床结构实验模态分析新方法[D];华中科技大学;2010年
7 黄伟国;基于振动信号特征提取与表达的旋转机械状态监测与故障诊断研究[D];中国科学技术大学;2010年
8 朱少敏;多媒体数字水印若干关键算法研究[D];中国电力科学研究院;2010年
9 曾智刚;波浪运动升沉补偿液压平台关键问题试验研究[D];华南理工大学;2010年
10 谭林;基于动力指纹的结构损伤识别可靠度方法研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏艳丽;高功能孤独症儿童抑制功能的近红外成像研究[D];南京医科大学;2010年
2 刘超;聚氨酯膜预防综放巷道煤层自燃技术的研究[D];山东科技大学;2010年
3 陈赓;弹性波透地通信信号接收关键技术的研究[D];山东科技大学;2010年
4 闭启礼;水文传感器网络部署优化研究[D];郑州大学;2010年
5 高杨;钢结构—碎煤机室系统的动力分析[D];郑州大学;2010年
6 张晓冬;基于全矢谱的智能诊断技术研究[D];郑州大学;2010年
7 俞顺;基于模型修正及体系可靠度的桥梁结构性能评价[D];郑州大学;2010年
8 靳志强;报告厅环境下语音增强方法研究[D];郑州大学;2010年
9 杨涛;异戊烯酸甲酯催化合成及动力学研究[D];郑州大学;2010年
10 胡玥;远程监护系统心电信号特征快速提取方法研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵志平;韩春民;黄渊;;钢筋混凝土梁抗弯性能的全仿真模拟[J];四川建筑科学研究;2007年03期
2 王文静,刘志明,缪龙秀;基于实验模态的结构应变模态分析[J];北方交通大学学报;2000年04期
3 杜修力;何立志;侯伟;;基于经验模态分解(EMD)的小波阈值除噪方法[J];北京工业大学学报;2007年03期
4 顾培英,陈厚群,李同春,邓昌;用应变模态技术诊断梁结构的损伤[J];地震工程与工程振动;2005年04期
5 瞿伟廉;彭琦;;桅杆结构竖向杆件损伤位置识别的时域方法[J];地震工程与工程振动;2007年05期
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7 张兆宁,董肖红,潘云峰;基于小波变换模极大值去噪方法的改进[J];电力系统及其自动化学报;2005年02期
8 李爱群,缪长青,李兆霞,韩晓林,吴胜东,吉林,杨玉冬;润扬长江大桥结构健康监测系统研究[J];东南大学学报(自然科学版);2003年05期
9 姚志远,汪凤泉;基于连续模型的大型结构模态参数识别[J];东南大学学报(自然科学版);2003年05期
10 丁幼亮,李爱群,韩晓林;基于小波包分析的结构实时损伤报警数值研究[J];东南大学学报(自然科学版);2003年05期
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1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 宋雨;文晖大桥健康监测与评估管理系统主要问题研究[D];浙江大学;2003年
3 顾培英;基于应变模态技术的结构损伤诊断直接指标法研究[D];河海大学;2006年
4 徐士代;环境激励下工程结构模态参数识别[D];东南大学;2006年
5 樊江玲;基于输出响应的模态参数辨识方法研究[D];上海交通大学;2007年
6 陈敏;火灾后混凝土损伤超声诊断方法及应用研究[D];中南大学;2008年
7 王卓;网壳结构参数识别技术和损伤检测方法研究[D];北京工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张丽梅;钢桁架结构无损检测的动力学敏感参数研究[D];河北农业大学;2004年
2 梁冰;网架损伤识别的动测研究[D];大连理工大学;2005年
3 邵云飞;桁架结构损伤识别方法研究[D];兰州理工大学;2007年
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7 朱华;小波分析及其在信号降噪中的应用研究[D];武汉理工大学;2007年
8 孙家升;基于应变模态技术的桥梁损伤识别[D];西南交通大学;2008年
9 李多田;基于小波分析的结构无损检测的应用研究[D];安徽理工大学;2008年
10 王涛;基于振动特性的结构损伤识别方法与试验研究[D];北京工业大学;2009年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 邵长海;基于小波包能量—神经网络的四角锥网架损伤检测方法研究[D];河北科技大学;2012年
2 李超;网架结构焊接空心球节点损伤检测研究[D];河北科技大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴大宏,赵人达;基于遗传算法与神经网络的桥梁结构健康监测系统研究初探[J];四川建筑科学研究;2002年03期
2 张晓杰,王巍巍,辛崇东;钢筋混凝土构件选筋结果的模糊评价和智能控制方法[J];四川建筑科学研究;2005年01期
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10 王竹荣,崔杜武,喻罡;整流变压器CAD系统[J];变压器;2001年10期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 姜绍飞;倪一清;高赞明;;基于概率神经网络的青马悬索桥损伤定位的仿真研究[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
2 欧进萍;;重大工程结构的智能监测与健康诊断[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2002年
3 蓝天;刘枫;;中国空间结构的二十年[A];第十届空间结构学术会议论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭国会;桥梁结构动力损伤诊断方法研究[D];湖南大学;2001年
2 盖强;局域波时频分析方法的理论研究与应用[D];大连理工大学;2001年
3 赵瑞珍;小波理论及其在图像、信号处理中的算法研究[D];西安电子科技大学;2001年
4 冯新;土木工程中结构识别方法的研究[D];大连理工大学;2002年
5 吴立军;宏观尺度位移反演分析研究及其多尺度问题探讨[D];大连理工大学;2002年
6 宋雨;文晖大桥健康监测与评估管理系统主要问题研究[D];浙江大学;2003年
7 王茂龙;结构损伤识别与模型更新方法研究[D];东南大学;2003年
8 郭健;基于小波分析的结构损伤识别方法研究[D];浙江大学;2004年
9 何旭辉;南京长江大桥结构健康监测及其关键技术研究[D];中南大学;2004年
10 许林;基于可靠度的结构优化研究[D];大连理工大学;2004年
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1 刘娟;基于遗传算法的海洋平台传感器优化配置及损伤诊断研究[D];中国海洋大学;2003年
2 韩玲;经验遗传算法及其应用研究[D];北京工业大学;2004年
3 梁鑫;适用于空间网格结构缺陷诊断问题的传感器优化布置研究[D];北京工业大学;2004年
4 左云;茅草街大桥健康监测方案以及传感器优化布置的研究[D];湖南大学;2005年
5 张志雷;自相关过程的统计控制理论方法及算法的研究[D];暨南大学;2005年
6 刘文涛;斜拉桥振动模态测试中的传感器优化布设[D];武汉理工大学;2006年
7 游翔;基于动力特性变化的桥梁损伤定位方法[D];西南交通大学;2006年
8 孙淑艺;基于支持向量机的间歇过程建模和优化控制[D];北京化工大学;2006年
9 窦勇芝;信赖域优化算法在桥梁结构反分析和优化设计中的应用研究[D];郑州大学;2006年
10 代凤娟;支持故障预测的传感器优化布置研究[D];西北工业大学;2007年
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6 于开平,邹经湘,杨炳渊;模态参数识别的小波变换方法[J];宇航学报;1999年04期
7 彭细荣;路新瀛;隋允康;陈肇元;;一种环境激励下基于应变测试的结构损伤指标[J];北京工业大学学报;2008年05期
8 刘东霞;何敏;焦建伟;;基于随机子空间的桥梁损伤识别[J];四川建筑;2008年04期
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10 金新灿,孙守光,邢鸿麟,邓爱建;环境随机激励下高速客车的工作模态分析[J];铁道学报;2003年05期
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1 金新灿;孙守光;邓爱建;;基于环境激励下高速客车工作模态试验及分析[A];第八届全国振动理论及应用学术会议论文集摘要[C];2003年
2 周帮友;胡绍全;杜强;;环境激励下圆筒结构的模态分析[A];第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2007年
3 邓昌;顾培英;汤雷;;基于移动附加质量的模态参数识别方法[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2010年
4 赵跃英;冯善勇;盛胜我;;旋转双传声器测量室内方向性脉冲响应的研究[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年
5 吴召明;静大海;王芳;;一种工作模态参数的在线时域辨识方法[A];第七届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2006年
6 杨坤德;马远良;鄢社峰;李蓉艳;;浅海声信道脉冲响应函数的盲估计[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
7 盛胜我;赵跃英;莫方朔;;厅堂脉冲响应测量中数字化声源信号的研究[A];绿色建筑与建筑物理——第九届全国建筑物理学术会议论文集(一)[C];2004年
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10 顾培英;邓昌;汤雷;;工作应变模态时域识别方法研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展[C];2009年
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2 本报记者 田翔;互取所长 互补所短[N];中国交通报;2008年
3 记者 余海蓉 通讯员 朱品磊;我市启动营养与健康监测项目[N];深圳特区报;2009年
4 记者 张苏民;国外归来居家健康监测7天[N];海南日报;2009年
5 袁建民 先晓鹏;8674部队优化环境激励官兵自学成才[N];人民武警;2007年
6 记者 刘欢;本市已对3432人实施健康监测[N];北京日报;2009年
7 记者 彭书;太原市建立学生健康监测信息系统[N];发展导报;2009年
8 马晓炜;南京军区某炮兵团营造宽松环境激励官兵成长[N];解放军报;2007年
9 本报记者 顾晓萍 通讯员 苏喜娥;为大型交通基础设施保驾护航[N];石家庄日报;2009年
10 艾文;“无汞化”让家庭健康监测更安全[N];中国医药报;2010年
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1 朱焰煌;环境激励下大跨空间钢结构参数识别与损伤预警[D];哈尔滨工业大学;2010年
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4 刘伟;空间网格结构健康监测系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
5 禹丹江;土木工程结构模态参数识别[D];福州大学;2006年
6 包兴先;基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D];中国海洋大学;2010年
7 章国稳;环境激励下结构模态参数自动识别与算法优化[D];重庆大学;2012年
8 何启源;基于现代时频分析的环境激励模态参数识别方法研究[D];重庆大学;2009年
9 张家滨;基于子空间算法的结构模态参数识别与在线监测研究[D];南京航空航天大学;2009年
10 张建伟;基于泄流激励的水工结构动力学反问题研究[D];天津大学;2009年
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1 张日桃;我国政府人力资本投资的经济效应研究[D];南京农业大学;2008年
2 冯渤潇;中国通货膨胀与居民工资变动相关性研究[D];吉林大学;2009年
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4 罗金花;广州市财政支出与经济增长关系的实证研究[D];暨南大学;2008年
5 高硕;股票市场发展与经济增长[D];厦门大学;2009年
6 韩岭;反馈信息符号化程度对学习行为影响的实验研究[D];南京理工大学;2010年
7 向根祥;数字全息的信息量及其三维轮廓生成理论研究[D];电子科技大学;2005年
8 蒙斌;人民币实际汇率波动原因实证研究[D];南京理工大学;2005年
9 孙兆明;人民币实际汇率合理性的实证研究[D];中国海洋大学;2005年
10 惠媛媛;中国金融深化程度及其与经济增长关系的实证研究[D];吉林大学;2006年
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