基于信息融合技术的水工结构损伤诊断研究

论文摘要

我国的大坝、水电站等水工建筑物大部分建于建国初期,建造时间普遍较长,加之使用不规范等原因,造成了很多水工建筑物在不同程度上的损伤或破坏。而这些建筑物一旦破坏,往往又容易造成巨大的生命和财产损伤。因此,在水工建筑物发生破坏前进行及时有效的损伤情况诊断和安全状况评估显得格外重要和有意义。闸门是水工建筑物的重要组成部分,有挡水和泄水等功能,它的安全运行和正常工作对整个水利枢纽工程至关重要。因此本文主要从水工建筑物中的闸门入手,研究水工结构的损伤识别方法。对结构的损伤识别主要有传统的静态检测方法和近年发展起来的基于结构固有模态参数识别的动态检测方法,两者各有其优缺点。作者受此启发,运用信息论中的信息融合技术,对静态和动态检测到的损伤信息进行融合,找到一种适合水工闸门结构的损伤诊断方法,数值计算证明效果良好。为此,本文主要做了以下研究工作：对完整的弧形闸门结构建立有限元模型,在静水压力荷载下分析其主要应力分布及变形情况,通过计算说明其易于发生破坏的位置,并且通过传统的静态检测方法分析结构的损伤情况。基于动态检测方法中易于测得的频率参数,根据结构损伤前后其正则化的固有频率变化率仅与损伤位置有关的结论,通过建立正则化频率变化率与结构损伤位置的关系图,成功对闸门主框架结构进行损伤定位。根据闸门在实际运行中的主要破坏情况,建立其主要破坏位置与固有频率变化的关系矩阵,通过灵敏度分析方法及其改进方法,对闸门主框架进行了损伤位置和程度的识别。结合动态损伤识别方法,运用信息融合技术中的D-S证据理论,对动态测试和静态测试的损伤信息进行融合,对闸门主框架的多位置损伤进行了定位和定量的识别。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 结构动态损伤识别技术的研究现状
• 1.2.2 信息融合技术的发展及在损伤识别中的应用
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 闸门破坏实例及其结构静力分析
• 2.1 弧形闸门破坏实例
• 2.2 工程背景及闸门完整结构有限元模型
• 2.2.1 工程背景
• 2.2.2 结构有限元模型
• 2.3 荷载情况下闸门的静态分析
• 2.3.1 无损状态下结构静态分析
• 2.3.2 损伤情况下结构静态分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于多阶频率的闸门主框架损伤定位
• 3.1 固有频率识别损伤原理
• 3.2 弧形闸门的损伤识别应用及其数值计算
• 3.2.1 工程背景简化及应用原理
• 3.2.2 数值计算及其分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于频率和灵敏度分析的闸门框架多损伤识别
• 4.1 整体损伤估计法原理
• 4.2 闸门框架整体损伤分析
• 4.2.1 闸门框架有限元模型
• 4.2.2 闸门框架单损伤识别
• 4.2.3 闸门框架多损伤识别
• 4.2.4 改进的闸门框架损伤识别
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于信息融合技术的闸门主框架损伤诊断
• 5.1 信息融合技术及D-S证据理论
• 5.2 施加等效荷载
• 5.3 损伤基本概率赋值
• 5.4 基于信息融合的结构损伤诊断
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果