基于模态参数的梁桥结构模型边界条件参数修正

针对实际桥梁结构复杂的边界条件,详细分析边界条件的附加约束参数。以梁桥结构的水平平动附加约束与扭转附加约束参数为讨论对象,采用最小二乘约束优化反演理论,建立以模态参数实测值与理论计算值误差平方和最小为目标的桥梁结构边界条件变异参数约束优化反演求解问题。在其基础上引入矩阵摄动理论,将结构动力方程的特征值及特征向量一阶摄动代入所建立约束优化方程,显著提高优化求解效率,并通过迭代求解的方式提高边界条件变异参数的求解精度。编制相应求解程序,通过某磁浮轨道梁方案的损伤识别验证表明,仅用前几阶仿真计算得到的模拟实测频率与振型经过4次迭代即可精确反演桥梁结构边界条件变异参数。     

梁体结构损伤识别的样条函数方法

针对样条函数方法在梁体结构分析中具有未知量少、求解规模小,精度较高等特点,在梁体结构参数识别过程中引入样条函数方法,避免了传统有限元方法带来的庞大刚度矩阵的负面影响,从而提高了识别过程的计算稳定性及计算效率。算例表明识别结果能够应用于结构损伤部位及程度的判别。     

基于试验设计的结构损伤概率诊断方法

基于结构损伤识别问题的求解特点,将试验设计引入损伤识别过程,提出基于均匀试验设计的结构参数识别及损伤概率诊断方法.首先通过响应面拟合获得结构响应和待识别参数之间的显式表达式,然后据此进行参数识别问题的求解,以提高参数识别问题的求解效率并降低其求解难度.在此基础上提出结构损伤的概率诊断方法.根据一斜拉桥结构的损伤识别算例对本文方法和传统损伤识别方法进行对比研究.研究结果表明,所提出的方法能够显著提高损伤识别的求解效率,并能够在观测噪声水平较高的条件下实现损伤的准确定位及损伤程度识别.本文的方法和思路可为结构损伤识别提供一种可行途径.     

基于支持向量机的静力损伤识别方法

针对使用静力测试数据进行桥梁结构损伤识别时容易出现误判的问题,基于支持向量机理论,提出1种新的静力损伤识别方法。将损伤识别过程分为损伤发生识别、损伤位置识别和损伤程度识别3个步骤。使用理论计算结果与测试数据比较的方法判断损伤是否发生,采用C-支持向量机分类算法进行损伤位置识别,利用ε-支持向量机回归算法进行损伤程度识别。将该方法与优化识别方法同时运用于1个连续梁试验中。试验结果表明:与优化识别方法相比,支持向量机方法通过分开求解损伤位置和程度,并先进行结构有限元分析,然后再使用支持向量机进行识别,将这2个过程解耦,从而降低了问题的难度,不仅能够正确地识别损伤出现的位置,而且能够得到与实际相符的损伤程度识别结果,并且具有较好的推广能力和较强的抗噪声能力,能够很好地对桥梁静力损伤进行识别。     

小波变换在结构损伤识别中的应用研究

针对土木工程结构的复杂性和数据的不完备性，以小波分析为理论基础，结合多尺度分析理论和数值模拟，对结构损伤识别进行了研究。主要分析了结构动力参数在损伤后的变化特征，对单自由度框架的加速度信号进行小波分析，得到结构损伤的时刻；研究了利用空间域信息对结构损伤位置的识别问题，对带裂缝悬臂梁的变形曲线进行小波变换，判定了结构损伤位置。     

结构损伤识别的传感器优化布设方法

对振动模态分析技术中关于传感器最优布点方法的研究进行述评。针对结构损伤识别中有关指纹更新识别以及模型修正所需的模态动态信息，提出了传感器优化布设的方案。对于结构重点部位的监测，则可以利用灵敏度分析的方法确定传感器的布设，实现对结构状态信息的最优采集，改善对结构的整体探伤能力。     

基于单元模态应变能法的桥梁结构损伤识别研究

桥梁结构损伤识别是对桥梁结构进行安全性评定的一个重要环节。本文首先根据桥梁结构损伤前后动力特性分析,导出由于单元损伤引起的结构模态振型的改变系数;然后,运用结构局部损伤因子法建立单元损伤敏感的指示因子,推导出单元损伤前后的单元模态应变能的变化,并对损伤单元与未损伤单元之间的关系进行了研究。最后,以单元模态应变能的变化率作为损伤定位的判别参数,对桥梁结构损伤定位的识别方法进行了研究,并以一座装配式预应力钢筋混凝土系杆拱桥作为工程实例,通过其在不同损伤情况下计算结果和实测结果的分析和讨论,说明该方法能够比较准确地对结构损伤进行定位识别,同时也证明本文研究方法的正确性和有效性。     

杭州湾大桥北航道桥结构优化研究

应用三维空间有限元模型,进行斜拉桥结构优化设计。利用有限元法进行结构分析,求出优化所需的状态变量,挠度、应力和频率。综合考虑设计变量、状态变量和目标函数的联系,应用混合罚函数建立优化模型。运用一阶优化计算方法和引入灵敏度分析进行算法优化,使结构在应力、变形和频率等约束条件下达到最小造价。以通用有限元软件ANSYS作为平台,编制相应程序,综合考虑斜拉桥结构静力性能和动力性能,用两种不同方案对杭州湾大桥北航道桥主桥进行结构优化设计,使全桥造价分别降低9 1%和5 5%。     

基于Sobol’法的轨道车辆前端吸能结构灵敏度分析

将全局灵敏度分析方法应用到轨道列车耐撞性分析当中。以轨道车辆前端吸能结构参数作为设计变量,分别以总吸能量和接触力峰值作为目标响应,采用Sobol’分析法,通过构建Kriging代理模型,计算各参数的一阶主灵敏度值、总灵敏度值和二阶交互效应灵敏度值,并进行分析,辨别对吸能性能影响较大的参数,将简化后结构与原结构的优化结果进行比较。结果表明:Kriging代理模型具有较高的精度,能满足耐撞性分析的要求;Sobol’法能很好地评价该过程的灵敏度,为优化设计提供有力参考,简化优化模型。     

结构灵敏度分析及计算方法概述

从结构优化、系统的理解和条件、结构模型发展和参数识别等方面概述了采用灵敏度分析(SA)的原因,又从设计变量、结构参数、结构响应和函数性态等四个不同角度上进行了SA的分类,并从基于计算策略和实验数据两个方面介绍了SA的计算方法。简要回顾了形状和尺寸SA、随机SA、应力/应变SA、位移SA和特征值/特征向量SA的最新进展和应用。对基于结构响应的SA综合考虑静态和动态响应,重点关注特征值和特征向量的导数求解等难点问题。