基于最小修正量法的梁桥损伤识别研究

论文摘要

桥梁是交通运输线路中的重要组成部分，桥梁的健康状态对确保道路畅通至关重要，近年来国内外频繁出现桥塌人亡的重大事故，使得桥梁健康监测中的损伤识别成为众多学者和工程师们研究的热点问题之一。由于桥梁结构的损伤识别是一个相当复杂的问题，国内外对此问题仍未很好解决。本文第一章从结构健康监测的概念出发简述当前的研究概况与发展趋势，重点介绍了模型修正理论，最后给出了本文所要展开的主要研究工作。第二章首先介绍了模型修正的基本理论及其与参数识别的关系，有限元模型修正通过识别或修正有限元分析模型中的参数，使有限元计算结果与实际结构尽可能接近的过程，属于优化问题范畴。接着讨论最佳矩阵型模型修正方法了理论基础和公式推导，提炼出本文相关的基本理论，为本文的整个研究工作奠定了理论基础。最后，介绍了矩阵型最小修正量优化的有限元模型修正过程，即确定目标函数、选取修正参数和应用有效的优化算法。第三章介绍最优化算法。包括最优化与反问题的关系，最优化的分类及各自的求解特点，着重矩阵型最小修正量法的实现步骤，以及矩阵型最小修正量法的有限元模型数值模拟分析时需注意的一些问题。第四章对本文损伤识别算法进行数值验证。以一简支梁桥为例，采用ANSYS程序建立结构有限元模型，对结构进行模态分析，获取结构的模态信息，编制了基于MATLAB平台的识别算法程序，并考虑噪声影响，验证矩阵型最小修正量法的损伤识别算法的可行性、有效性和适用性。最后是结论部分，主要对全文的主要工作和研究成果进行总结，并指出需进一步研究的课题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 桥梁结构健康监测和损伤识别研究的意义
• 1.2 结构健康监测和损伤识别的发展
• 1.3 国内外桥梁结构损伤识别的动力检测方法
• 1.3.1 损伤识别的动力指纹法
• 1.3.2 损伤识别的模型修正法
• 1.3.3 损伤识别的人工智能法
• 1.4 结构损伤识别存在的主要问题
• 1.5 研究目标和研究内容
• 第2章 结构模型修正理论
• 2.1 模型修正与参数识别
• 2.1.1 系统参数识别
• 2.1.2 模型修正理论
• 2.2 最佳矩阵型模型修正方法
• 2.2.1 模型修正的模态力余量最小化问题
• 2.2.2 多约束矩阵调整
• 2.2.3 刚度摄动矩阵范数最小化解
• 2.3 矩阵型最小修正量优化的有限元模型修正过程
• 2.3.1 目标函数
• 2.3.2 修正参数
• 2.3.3 优化算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 最优化理论与矩阵型最小修正量算法
• 3.1 反问题与最优化理论
• 3.1.1 反问题的特点和求解困难
• 3.1.2 最优化算法理论
• 3.2 结构优化算法的实现
• 3.2.1 无约束优化问题
• 3.2.2 约束优化问题
• 3.2.3 无约束优化问题的求解方法
• 3.2.4 有约束优化问题的求解方法
• 3.3 矩阵型最小修正量优化的有限元模型修正的相关问题
• 3.3.1 梁的特性矩阵
• 3.3.2 有限元模型的缩聚和试验模态的扩展
• 3.3.3 静力凝聚方程
• 3.3.4 振型规则化
• 3.3.5 噪声对损伤识别算法敏感性
• 3.4 本章小结
• 第4章 损伤识别算法的数值试验
• 4.1 试验原理
• 4.1.1 试验方法及流程图
• 4.1.2 ANSYS建模分析
• 4.1.3 MATLAB识别算法实现
• 4.1.3 简支梁桥模型
• 4.2 模拟简支梁桥损伤试验
• 4.2.1 跨中单元损伤情况
• 4.2.2 支座附近单元损伤情况
• 4.2.3 不同实测频率和振型对识别的影响
• 4.3 本章小结
• 结论
• 一、本文结论
• 二、研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文