工程结构损伤检测的动测法与光纤滑动传感技术研究

论文题目: 工程结构损伤检测的动测法与光纤滑动传感技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 岩土工程

作者: 唐天国

导师: 刘浩吾

关键词: 工程结构无损检测,动力检测法,岩土工程安全监测,模态应变能法,虚拟柔度矩阵法,模态试验,网络模型,分布式光纤传感,岩体滑动监测,钢砼组合结构界面损伤

文献来源: 四川大学

发表年度: 2005

论文摘要: 工程结构(建筑、市政、地下工程、边坡工程…等等)的破坏都是由局部损伤开始,经积累、扩展而导致失事,由此往往造成灾难性后果。为预防工程安全事故,工程结构的无损检测和健康监测具有重要意义,以便及时发现早期损伤、防患于未然。动力检测是建筑结构等类型的工程结构的无损检测领域的发展重点。鉴于工程结构损伤的复杂性和动力检测识别的难度,动测技术水平尚不能满足工程需要。本文采取理论分析与模型试验密切结合的技术路线,大力开展跨学科研究,以对危害最大的梁结构裂缝损伤为研究对象,首次提出了2 种新的动测技术——模态应变能法和虚拟柔度矩阵法。对裂缝梁损伤进行了系统的动力有限元分析(可看作一种数值试验),按相似理论完成了两个不同比尺、不同材料的动力模型试验,由数值分析特别是模型测试中获得翔实系统的数据,为理论研究和方法验证提供了数据基础和手段。运用人工神经网络的最新进展和相关成果,构建了结构裂缝损伤识别的BP 模型,用以实现动态数据的处理和识别。岩体工程类型(如边坡工程、坝基工程等)的破损失事以滑动、滑坡为主,岩体为天然地质体(动测法对其无能为力),故岩体工程检测多采用传感技术的安全监测。鉴于常规岩土工程监测技术的局限性,发展了分布式光纤滑动传感技术,运用土工大三轴试验首次完成了光纤传感监测岩体滑动和钢-砼界面滑移的2 种模型试验,获得滑距-光损耗关系方程。 本文的主要创新成果是: (1)首次提出结构损伤检测的模态应变能法,以模态应变能为检测指标和

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1 选题的背景和意义

2 现有损伤检测方法

3 损伤识别问题的理论背景及研究意义

3.1 理论背景

3.2 开展损伤识别反问题研究的意义

4 结构损伤识别问题的研究现状

4.1 利用固有频率变化的识别方法

4.2 利用振型变化的识别方法

4.3 利用频率和振型相结合的识别方法

4.4 其他损伤标识量的识别方法

4.5 结构整体检测方法

4.6 结构局部损伤识别方法

4.7 开展交叉学科研究概况

4.8 结构损伤识别法存在的主要问题

5 分布式光纤传感技术在土木工程健康监测领域的应用现状

5.1 光纤传感滑动监测的意义

5.2 边坡滑动监测的作用

5.3 岩体滑动监测光纤传感技术滑

6 本文的主要工作内容

7 与本文研究工作相关的基金科研项目

第2章 结构裂缝损伤检测的模态应变能量法

1 理论背景

2 方法原理

2.1 裂缝位置检测

2.2 裂缝深度检测

3 有机玻璃模型梁裂缝损伤识别

3.1 裂缝位置识别

3.2 裂缝深度识别

4 大比尺钢筋混凝土模型梁裂缝损伤识别

5 本章小结

第3章 虚拟柔度矩阵识别方法

1 柔度矩阵识别算法的特点

2 方法原理

3 方法验证

3.1 有机玻璃模型梁数值计算结果验证

3.2 基于有机玻璃模型梁动力试验的方法验证

4 基于大比尺钢筋混凝土梁试验的方法验证

5 本章小结

第4章 裂缝损伤识别的BP网络法及MATLAB编程

1 梁裂缝损伤识别的神经网络模型

2 MATLAB 网络模型

2.1 MATLAB 神经网络工具箱

2.2 BP 模型训练算法

2.2.1 批处理梯度下降算法

2.2.2 带动量项的梯度下降批处理算法

2.3 快速训练算法

2.3.1 变学习率算法

2.3.2 弹性BP 算法

2.3.3 共轭梯度算法

2.3.3.1 Fletcher-Reeves Update 共轭梯度算法

2.3.3.2 Polak-Ribiére Update 共轭梯度算法

2.3.3.3 Powell-Beale Restarts 共轭梯度算法

2.3.3.4 Scaled Conjugate Gradient 共轭梯度算法

2.4 柯西-牛顿算法

2.4.1 BFGS 柯西-牛顿算法

2.4.2 一步割线算法

2.5 Levenberg-Marquardt 算法

2.6 减少内存的 Levenberg-Marquard 算法

2.7 网络算例分析

2.7.1 正弦函数拟合

2.7.2 发动机数据集拟合

2.8 不同迭代算法比较分析

2.9 提高网络泛化能力

3 BP 网络损伤检测

3.1 输入和输出参数的选择

3.2 隐含层数及隐含层数的确定

3.3 激励函数的选取

3.4 网络的训练与识别

4 模型梁损伤识别的BP 网络模型

4.1 模型的频率变化关系

4.2 损伤检测的数值模拟实现

4.2.1 BP模型的建立

4.2.2 识别损伤存在

4.2.3 识别损伤位置

4.2.4 损伤程度识别

5 大比尺钢筋混凝土模型梁 BP 网络法

5.1 检测损伤存在

5.2 检测损伤位置

5.3 检测损伤程度

6 本章小结

第5章 动力模型试验

1 试验的目的

2 试验模型设计

2.1 模型制作材料选择

2.2 模型设计相似律原理

2.2.1 静力相似和动力相似

2.2.2 π定律

2.2.3 相似条件

2.2.4 模型梁的尺寸确定

2.3 模态参数的相似关系

2.3.1 模态频率相似

2.3.2 模态振型相似

2.3.3 模态质量相似

2.3.4 模态刚度相似

3 模型梁裂缝损伤模拟

4 试验模态分析技术

4.1 模型动力(模态)试验

4.2 模态分析方法

4.3 模态分析基本原理

4.4 模态试验设备的选择

4.4.1 激励方式的选择

4.4.2 传感器的选择

4.4.3 采样频率的选择

4.4.4 原点导纳位置的选择

4.4.5 测点的命名

4.4.6 定阶

4.4.7 拟合方法的选择

4.5 确定模态阶数

4.6 进行模态拟合

5 变时基采样原理

5.1 问题的提出

5.2 变时基原理

6 简支梁数值计算

7 有机玻璃模型梁动力试验

7.1 试验模型

7.2 试验设备

8 钢筋混凝土模型梁ANSYS 计算及动力试验

9 本章小结

第6章 分布式光纤滑动传感技术试验研究

1 光纤传感概况

2 光纤微弯损耗监测原理

2.1 光纤导光原理

2.2 光损耗和衰减

2.2.1 本征损耗——吸收损耗

2.2.2 非本征损耗

2.3 光纤传感监测系统

2.4 分布式光纤滑动传感技术

3 光纤传感滑动模型试验

3.1 试验设备

3.2 试验方法

3.3 光纤选型埋设及试件制作工艺

3.4 光纤初期测试分析

3.5 试件浇筑工艺

3.6 模型试验过程

3.7 光纤损耗观测与数据分析

3.8 光纤滑动传感在工程中应用展望

4 分布式光纤传感界面滑动监测模型试验

4.1 试验设备

4.2 试验方法

4.3 试验结果

4.4 光纤界面滑动监测在工程中应用展望

5 本章小结

第7章 结论及展望

1 主要结论

2 展望

参考文献

攻博期间发表的主要论文

声明

致谢

发布时间: 2005-10-17

参考文献

• [1].随机激励下结构损伤检测方法研究[D]. 于哲峰.西北工业大学2005
• [2].用于结构损伤检测的OPFC超声相控线阵驱动理论及技术研究[D]. 王自平.江苏大学2013
• [3].基于重构相空间的结构损伤检测方法及可视化研究[D]. 聂振华.暨南大学2012

相关论文

• [1].结构损伤识别及数值模拟[D]. 唐小兵.武汉理工大学2004
• [2].结构损伤识别方法研究[D]. 张开鹏.武汉理工大学2004
• [3].基于不完备信息土木工程结构损伤识别方法研究[D]. 袁旭东.大连理工大学2005
• [4].随机激励下梁桥结构损伤识别方法研究[D]. 李大军.北京工业大学2005
• [5].智能桥梁结构健康监测的研究[D]. 孙全胜.东北林业大学2005
• [6].结构健康诊断新方法研究[D]. 裴强.中国地震局工程力学研究所2005
• [7].基于稀疏模态响应的结构损伤识别方法[D]. 孙国.大连理工大学2006
• [8].光纤Bragg光栅传感技术用于工程结构安全监测的研究[D]. 孙曼.四川大学2005

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