收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

不确定性因素影响下基于应变数据的工程结构局部损伤表征研究

任鹏  
【摘要】:通过结构健康监测系统获取结构振动(模态)、位移、应变等响应数据,进而分析结构行为、识别结构损伤以及评估结构性能已成为保障工程结构安全运营的有效途径。相比于模态类测量数据,应变测量数据包含大量非共振频带的有用信息;相比于位移类(加速度、速度、位移等)测量数据,应变测量数据直接关联结构的局部性态并且能够反映传感器附近区域的应力重分布,更加适合用来表征结构的局部损伤。然而,测量数据夹杂了测试误差以及环境与运营荷载等不确定性因素的干扰,有可能造成损伤误判;亟待监控和识别的既有工程结构,由于缺乏合适的基准模型而导致的建模误差加剧了损伤量化的不确定性;很多未严格考虑的损伤识别方法不再适用,基于应变测量数据的局部损伤表征优势尚未得到充分发挥。因此,有必要面向监测活动中获取的测量数据发展更加鲁棒与高效的处理和评价方法。本文聚焦不确定性因素影响下基于应变数据的结构局部损伤表征理论与方法研究,在评估已有方法适用性的基础上,为解决不确定性因素影响下遇到的问题,提出新的基于应变数据的结构损伤预警、单元修正与数据融合方法。具体研究内容如下:(1)针对三种典型的基于应变测量数据的结构损伤识别方法(直接损伤定位、相关性建模与灵敏度模型修正),采用案例评估的方式分析不确定性因素影响下方法的适用性。首先评估从应变数据中提取的静态应变、模态应变和小波包能量应变三种损伤敏感特征直接定位损伤的有效性,明确这类方法仅适用于简单梁式结构,并亟待考虑时变荷载的影响;然后利用桁架梁桥节点损伤案例考察基于长期应变数据与温度数据相关性建模的损伤预警效果,发现由于时变荷载作用机理的复杂性以及测量信息的不完备,容易造成相关性模型的过拟合,导致该类方法难以识别结构早期损伤;最后通过立管模型结构数值案例探讨基于短时应变数据的结构模型修正遇到的测试与建模误差干扰问题,引入的递推估计方法和正则化方法被认为相比传统的梯度方法具有显著优势,但对于初始模型预估出现偏差的情况,已有的方法均存在较大的损伤误判。(2)提出了两种基于运营状态下长期应变监测数据的损伤预警与定位方法。环境与运营荷载等时变因素对监测数据干扰严重,而依赖时变荷载观测的相关性建模方法由于作用机理复杂和数据不完备而难以识别局部小损伤。本文提出利用应变监测数据中不同监测点数据间的关联性来表征其中某一应变测点数据的微小异常,提取对损伤十分敏感且对时变荷载效应不敏感的局部损伤特征,并形成损伤预警与定位算法。分别利用主成分分析和稳健回归分析来表征不同应变测点数据之间的关联性。具体来说:前者基于移动主成分分析并采用两两组合的方式,提取各应变测点对应的第二主成分得分矩阵的相对熵值作为局部损伤特征,采用格拉布斯检验法进行损伤预警;后者基于移动稳健回归分析,直接提取各应变测点数据与其余测点数据之间的稳健回归残差范数作为局部损伤特征,采用控制图法进行损伤预警。分别采用简化析架梁桥与高速铁路连续箱梁两个数值模型以及钢桁架试验模型作为研究对象,对提出的两种损伤预警与定位算法的鲁棒性与计算效率进行了较为充分的验证。(3)提出了一种基于短时应变测试数据的结构单元修正方法。模型不确定性尤其是建模误差对模型修正的迭代过程干扰严重,同时迭代变量维数过大也会引起相应的计算问题。本文发展一种使用结构局部损伤信息修正局部单元刚度的方法:选用低频带响应估计结果与结构质量和阻尼无关的传递率方法进行应变响应估计,对目标单元(应变测量单元)估计与实测的应变响应提取小波包能量应变,将两者残差范数作为目标函数并采用群智能算法修正单元刚度以获取目标单元的损伤量化指标,进而提出基于应变响应估计与群智能算法的单元修正方法。该算法可令与局部损伤无关的物理参数不参与单元修正过程以降低建模误差影响,并将迭代变量缩减为一个以提高收敛效率。分别采用立管和桁架子结构两个数值模型以及简支钢梁试验模型作为研究对象,对提出的结构单元修正算法的鲁棒性与计算效率进行了较为充分的验证。(4)提出了两种基于应变与位移数据的结构损伤识别方法。监测系统中对局部损伤敏感的传感器多分散式布设在若干易损部位,由于不确定性因素的影响导致仅通过某一应变测点的数据识别该测点位置处损伤十分困难。本文考虑应变与位移测量数据的互补性,在移动稳健回归分析的基础上提出基于应变-位移测点对的局部损伤识别方法,通过该方法提取只对应变测点位置损伤敏感且对时变荷载效应不敏感的特征融合数据;此外,在利用优化布置的位移测点的响应数据估计目标单元应变响应的基础上,提出联合应变与位移测试的结构单元修正方法,该方法可单独量化某一应变测量单元的损伤;采用数值与试验研究分别证实不确定性因素影响下上述两种融合应变与位移数据的损伤识别方法的有效性与鲁棒性。本文的最后结合前述基于应变数据的局部损伤表征方法,提出构建工程结构局部损伤识别指标体系的有关建议。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 燕忠生;孟庆常;张慧渊;魏千程;丁辉;闫向勇;徐进;田种泽;岳养军;;中药对食管癌患者放射性局部损伤的防治作用[J];西北国防医学杂志;2011年01期
2 潘旦光,董聪;局部损伤梁动力问题的近似计算方法[J];应用力学学报;2005年01期
3 罗冬梅,郑昭明,吴莹,李光霞;以塑性应变和损伤为参变量的广义非局部损伤本构方程[J];内蒙古工业大学学报(自然科学版);1997年03期
4 何荻平;家兔大脑皮层局部损伤后几种酶的变化[J];四川大学学报(自然科学版);1964年02期
5 徐长思;;齿轮故障的震动局部损伤信息诊断法[J];科技资讯;2008年10期
6 谢和平;;岩石材料的局部损伤拉破坏[J];岩石力学与工程学报;1988年02期
7 ;第一届局部损伤的计算机辅助评估和控制国际学术会议征文[J];机械强度;1989年02期
8 刘小龙,努尔兰,王晓凤;静脉滴注渗漏致局部损伤六例[J];中华烧伤杂志;2005年01期
9 肖正英;肿瘤患者静脉用化疗药物致局部损伤的防治及护理[J];中国中医急症;2003年02期
10 王正东,乔毅,崔贤奉,吴东棣;蠕变断裂局部损伤方法的有限元模型[J];材料工程;1998年04期
11 李自生;范雪峰;石磊;;铝合金液罐车局部损伤分析与维修[J];专用汽车;2018年12期
12 张庆;;[例26]高能脉冲精密冷补焊技术用于局部损伤治理[J];中国表面工程;2012年03期
13 商铁军;张文明;刘立;冯志鹏;白佳宾;;齿轮局部损伤振动信号的循环平稳性分析[J];北京科技大学学报;2009年03期
14 胡成华;;鸡蛋清外敷治疗药液外渗所致局部损伤[J];青海医药杂志;2009年10期
15 关贞珍;郑海起;王彦刚;杨杰;;滚动轴承局部损伤故障动力学建模及仿真[J];振动.测试与诊断;2012年06期
16 罗冬梅,郑昭明,吴莹,李光霞;声弹性测试法在非局部损伤本构方程中的应用[J];贵州工业大学学报;1997年S1期
17 潘振春;刘玉斌;曾素霞;于成功;王贞友;;关于马骡烧伤的分期和治疗[J];吉林畜牧兽医;1983年04期
18 顾欣;;大脑局部损伤病人的梦回忆障碍[J];国外医学.神经病学神经外科学分册;1984年06期
19 户洁;梅静;;不同换药法对毒蛇咬伤患者局部损伤护理效果的观察[J];中国中医药现代远程教育;2016年17期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 李桂春;刘惠英;李雅男;;化疗药外渗致局部损伤外敷“一效散”的观察及护理[A];全国肿瘤护理学术交流暨专题讲座会议论文汇编[C];2003年
2 邓小红;胡爱玲;;决策树在ICU患者院内获得性压疮风险预测中的应用[A];传承、变革、专业、优质:广东省2014年护理学术年会资料汇编[C];2014年
3 刘治中;陈颢元;郭耀杰;;结构损伤下服役铁塔承载性能影响研究[A];绿色建筑与钢结构技术论坛暨中国钢结构协会钢结构质量安全检测鉴定专业委员会第五届全国学术研讨会论文集[C];2017年
4 徐明;王永;金肖玲;黄志龙;;局部损伤接触下碰撞冲击系统的随机响应[A];第九届全国动力学与控制学术会议会议手册[C];2012年
5 李相麟;;一种非局部损伤模型[A];第八届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ卷)[C];1999年
6 雷鹰;刘亚辉;李涛;徐志谦;;输入与输出部分观测情况下的结构局部损伤诊断方法[A];防振减灾工程理论与实践新进展(纪念汶川地震一周年)——第四届全国防震减灾工程学术研讨会会议论文集[C];2009年
7 李学;;化疗药外渗局部损伤之中医药治疗[A];第十届全国中西医结合肿瘤学术大会论文汇编[C];2006年
8 原彬科;;解剖和拓扑等多因素相关的局部脑损伤对脑自发活动影响研究[A];第四届全国神经动力学学术会议摘要集[C];2018年
9 李学;;化疗药外渗局部损伤之中医药治疗[A];中华中医药学会第六届急诊学术年会论文集[C];2006年
10 胡爱玲;刘媛;黄蕾;;压疮预防护理中的常见误区[A];奉献天使心、共筑护理梦:广东省2013年护理学术年会(第四会场)论文集[C];2013年
11 牛海燕;简文豪;韩治宇;袁冰;;声学造影估价肾局部损伤血流灌注的实验研究[A];中华医学会第六次全国超声医学学术年会论文汇编[C];2001年
12 贲强;谢金标;;结构健康监测技术在航空修理中的应用研究[A];航空保障设备发展——2017年首届航空保障设备发展论坛论文集[C];2017年
13 鲁晓东;刘京军;;不确定性与中国出口增长[A];《国际货币评论》2017年合辑[C];2017年
14 霍涌泉;陈媛媛;;试析脑和行为的不确定性问题[A];第二十届全国心理学学术会议--心理学与国民心理健康摘要集[C];2017年
15 贾彦茹;赵思琦;李琦;高树倩;;依恋焦虑对大学生囤积行为的影响:无法忍受不确定性与经验性回避的序列中介作用[A];第二十一届全国心理学学术会议摘要集[C];2018年
16 李凤羽;杨墨竹;;经济政策不确定性与企业现金持有策略——基于中国经济政策不确定指数的实证研究[A];中国系统工程学会第十八届学术年会论文集——A13其他管理领域的创新研究成果问题[C];2014年
17 吴玲;曾宇峰;;敏感性分析中求不确定性因素临界点的一般方法[A];中国运筹学会第六届学术交流会论文集(下卷)[C];2000年
18 梅士员;张正明;江南;;基于特征的空间数据位置不确定性表达模型[A];中国地理信息系统协会第八届年会论文集[C];2004年
19 童勤业;钱鸣奇;;脑复杂性与不确定性[A];第二届全国复杂动态网络学术论坛论文集[C];2005年
20 刘浩;;市场垄断程度对社会福利的影响——基于价格不确定性角度[A];低碳经济与林业发展论——中国林业学术论坛·第6辑[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 任鹏;不确定性因素影响下基于应变数据的工程结构局部损伤表征研究[D];大连理工大学;2020年
2 张纪平;基于三维仿真与模型参数监测的机械结构局部损伤诊断方法[D];太原理工大学;2010年
3 沈艳;经济政策不确定性对我国资本市场的影响研究[D];中央财经大学;2019年
4 张喜艳;经济政策不确定性对经济周期波动的影响研究[D];湖南大学;2019年
5 孟欣佳;考虑混合不确定性的多学科可靠性设计优化方法研究[D];北京理工大学;2016年
6 叶忠;教育与就业关系的不确定性[D];华中师范大学;2004年
7 郭子瑜;面向网络不确定性的图神经网络学习方法研究[D];山东大学;2021年
8 潘丹丹;反垄断法不确定性的意义追寻[D];吉林大学;2010年
9 董捷;经济政策不确定性与农业上市公司财务决策[D];内蒙古农业大学;2017年
10 陈红梅;不确定性数据的分类研究[D];云南大学;2012年
11 陈卉;蒯因的翻译不确定性及其对英汉互译的启示[D];上海外国语大学;2014年
12 邱昭继;法律、语言与法律的不确定性[D];中国政法大学;2008年
13 蓝悦明;空间位置数据不确定性问题的若干理论研究[D];武汉大学;2003年
14 王立;消费者不确定性感知下的渠道运作与定价决策[D];中国科学技术大学;2020年
15 王林;不确定性与企业预警[D];四川大学;2004年
16 冯永佳;经济政策不确定性对公司信息披露影响研究[D];中南财经政法大学;2020年
17 刘常青;数据驱动的不确定性工程设计理论与应用研究[D];国防科学技术大学;2015年
18 高汝召;中国经济政策不确定性下的股票市场和国债市场间相关性研究[D];南京大学;2016年
19 罗川;网上交易中信息搜寻策略对交易不确定性之影响[D];中国科学技术大学;2009年
20 魏骁;基于混合不确定性建模的船舶不确定性优化设计[D];武汉理工大学;2020年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 王玄;损伤木柱的力学性能退化研究[D];西安建筑科技大学;2017年
2 约瑟夫(Yessoufou Fadel);基于机械阻抗方法的钢—混凝土组合梁局部损伤检测研究[D];天津大学;2018年
3 朱宝琴;钢筋混凝土梁锈蚀开裂的非局部损伤力学方法[D];浙江工业大学;2014年
4 邢百朋;混凝土局部损伤与阻尼关系研究[D];扬州大学;2013年
5 张谦;含局部损伤导管架平台结构强度分析[D];中国海洋大学;2010年
6 季厅;大坝防渗体局部损伤随机模型及分析方法研究[D];河海大学;2007年
7 刘亚辉;输入与输出部分观测情况下的结构局部损伤诊断方法研究[D];厦门大学;2009年
8 叶宇思;局部损伤对钢管拱平面内弹塑性稳定性能的影响研究[D];广州大学;2017年
9 陈光曦;模拟桥梁结构故障声发射检测技术研究[D];沈阳理工大学;2015年
10 许蕾;基于光纤声发射技术的大型起重机局部损伤监测技术研究[D];中北大学;2012年
11 鲍而文;食管癌分次放疗中不确定性因素的影响及其控制研究[D];苏州大学;2013年
12 张玮;经济政策不确定性与股票回报[D];西南财经大学;2020年
13 王心;经济政策不确定性对民营企业投资的影响研究[D];西南财经大学;2020年
14 赵丹;难以承受不确定性对死亡焦虑的影响[D];山西大学;2021年
15 郭鑫;经济政策不确定性、融资约束与创新投入[D];吉林大学;2021年
16 杨严钧;经济政策不确定性对股票收益的影响研究[D];山西大学;2020年
17 吕晓洁;经济政策不确定性、宏观冲击与汇率变动[D];厦门大学;2019年
18 郭龙飞;大学生无法忍受不确定性、社交焦虑与抑郁的关系及个案干预研究[D];云南师范大学;2020年
19 田怡;经济政策不确定性对企业“短贷长投”的影响研究[D];河南大学;2020年
20 侯鑫颖;经济政策不确定性对大股东“掏空”行为影响[D];华南理工大学;2020年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 本报记者 骆轶琪;不确定性笼罩下的手机行业:供应短缺恐延续到2021年末,5G切换需时日[N];21世纪经济报道;2021年
2 记者 黄廉捷;要在不确定性中求发展[N];中山日报;2021年
3 本报记者 陶力 实习生 董静怡;跨境电商这两年:困境、不确定性与希望[N];21世纪经济报道;2021年
4 本报记者 项梦曦;疫情反复加大美经济复苏不确定性[N];金融时报;2022年
5 本报记者 张雪;学着和不确定性共存[N];经济日报;2022年
6 本报驻日内瓦记者 杨海泉;全球贸易复苏仍有不确定性[N];经济日报;2021年
7 本报记者 王林;北溪2号还有多少不确定性[N];中国能源报;2021年
8 周武英;多国疫情反复 经济复苏再添不确定性[N];经济参考报;2021年
9 中国财政研究院研究员 刘尚希;推动高质量发展需防范“不确定性叠加”[N];北京日报;2021年
10 华东师范大学社会发展学院、上海市习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心 文军;发展的不确定性及其应对[N];中国社会科学报;2020年
11 深圳商报、读创财经评论员 王亚杰;怎样应对市场的不确定性?[N];深圳商报;2021年
12 特约记者 石峰;如何在不确定性中寻求未来[N];社会科学报;2021年
13 记者 杨承霖 许缘;经贸不确定性对美金融市场和企业负面影响继续发酵[N];新华每日电讯;2019年
14 本报记者 王俊美;推动非洲研究更好应对不确定性[N];中国社会科学报;2021年
15 记者 王婧;经济复苏不确定性加大 印度央行或维持利率不变[N];经济参考报;2021年
16 记者 汤翠玲;全球经济延续复苏进程 多地区仍存不确定性[N];上海证券报;2021年
17 本报驻伦敦记者 赵媛;脱欧后英欧关系仍存在不确定性[N];中国社会科学报;2019年
18 记者 顾震球;“脱欧”不确定性持续困扰英国经济[N];经济参考报;2020年
19 本报记者 贾平凡;2020,世界须直面不确定性[N];人民日报海外版;2020年
20 记者 胡小兵 沈忠浩;欧洲经济在不确定性中谋求稳定增长[N];经济参考报;2020年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978