基于距离系数-有效独立法的大型空间结构传感器优化布置

为解决利用有效独立法进行大型空间结构传感器优化布置时产生的信息冗余问题,提出了以距离系数修正信息矩阵的距离系数-有效独立法。将该方法应用于某高拱坝的传感器优化布置,并与现有的三种优化布置方法得出的方案进行全面的比较。结果表明:距离系数-有效独立法应用于精细网格划分的大型空间结构的传感器优化布置时,可有效避免测点间的信息冗余问题并保证模态识别的精度,是一种适合大型空间结构的较为理想的传感器优化布置算法。

基于能量系数-有效独立法的桥梁结构传感器优化布置

为了解决桥梁结构健康监测中的传感器优化布置问题,以简支钢桁架梁桥为研究对象,以反映节点自由度模态应变能的系数来修正反映最大线性无关的有效独立法,提出了基于能量系数-有效独立法的传感器优化布置算法,使传感器布置方案进一步优化。实例分析表明,采用该方法所得的传感器布置方案用多种准则进行评价的结果都较好,既能保证测量振型向量的正交性,又能保证扩阶振型的准确性,并且有较强的抗噪声性能,是一种适合桥梁结构的较为理想的传感器优化布置算法。

传感器布设中有效独立法的简捷快速算法

本文提出一个通过正交三角分解快速计算有效独立法系数的方法。有效独立法是传感器布设中影响最广泛的一种方法,它使目标模态尽可能线性独立。传统的有效独立法计算需要对信息阵进行特征值分解或者计算矩阵逆,计算量较大。本文在笔者以前得出的有效独立法与模态动能法关系的基础上,提出先通过对模态矩阵进行正交三角分解(QR),然后比较其行范数即可得到有效独立法的系数,进而对各待选传感器位置进行排序并迭代依次删除。在待选传感器位置比感兴趣的模态数较多时,该法的计算效率明显提高。同时,采用正交三角分解删除一行后的更新算法,进一步提高了迭代计算的效率。最后通过I-40桥的算例表明该法的有效性。

一种传感器优化布置的高能有效独立法

针对结构健康监测的传感器优化布置问题,考虑模态动能和模态应变能对传感器布点选择的影响,提出了一种高能有效独立法(E-EI),解决了有效独立法(EI)容易丢失能量较大测点的问题。推导了多能量参数的归一化等效能量矩阵,通过矩阵对角线元素的大小评价测点的能量分布。为验证E-EI法的有效性和泛化性,进行了空间桁架输电铁塔仿真算例分析以及铁路尖轨的实验验证,利用5种评价准则从测点能量分布、正交性、所含信息量3个方面对比分析了E-EI法、EI法以及3种EI法的改进方法。结果表明,E-EI法与其他改进方法相比同时实现了高能测点筛选以及测点高线性独立性。其中,布置12个传感器的尖轨实验中E-EI法的MAC矩阵非对角元素平均值比EI法的减少了5.48%,模态动能平均值比EI法的增长了133.27%,模态应变能比EI法的增长了35.82%。

利用有效独立法对受电弓传感器优化布设

对于传感器布置位置的优化,优化结果的好坏受到实验设备本身成本、实验的周围外部环境因素、要进行试验的结构本身特性等众多因素的影响。因此,考虑到以上问题和受电弓结构的本身特征,本文借助有效独立法对受电弓结构的有限元模型整体优化,仅供参考。

基于有效独立法的传感器优化布置

为了研究桥梁结构健康监测中的传感器优化布置问题,对基于Fisher信息矩阵的有效独立法进行研究。首先对有效独立法进行理论推导。然后以一钢桁架结构为算例,使用有效独立法进行传感器布置,并用模态保证准则对传感器布置效果进行评价。最后结果表明:有效独立法布置传感器尽可能多的保留了结构信息,能够良好的反映出结构特性。

基于有效独立法的连采机减速器传感器优化布置

为研究齿轮箱模态分析中传感器优化布置的问题,在利用有限元法设定初始测点群的基础上,将基于Fisher信息矩阵的有效独立法运用于传感器布点的优化,优化结果采用模态保证准则进行评价。实验表明:优化后的传感器布点方案可以拾取较为完整的振动信号,能够良好地反映出齿轮箱体的结构特性。将该方案应用于连采机减速器传感器优化布置中,结果证明了这一方案的有效性和准确性。

有效独立法在敞车侧墙模态中的应用研究

为了更精确地获取有限元模态仿真结果,研究中通常会对工程装备进行试验模态识别,而试验时传感器如何布设是关键一步。首先以某型敞车作为研究对象,根据有无质量点代替车门建立两种有限元模型,并在ANSYS中通过Lanczos法完成模态仿真计算;然后基于有效独立法获取传感器布设的位置,采用西门子多功能数据采集系统、通过PolyMAX模态参数识别法完成了试验模态测试,并将试验测试结果与仿真计算结果进行对比。结果表明两种模型的误差均符合工程要求,且设置质量点时吻合度表现更好,说明利用有效独立法获取模态试验时传感器布设方案是一种较为可行的方法。

一种传感器优化布置的多能量参数改进有效独立法

为解决结构健康监测中的传感器优化布置问题,针对有效独立法存在的易丢失能量较大测点和能量法存在的测点易过于集中在能量较大位置从而导致结构重要模态信息丢失的不足,对有效独立法和能量法进行综合考虑,在有效独立法的基础上,同时引入模态动能和模态应变能修正有效独立法,提出一种考虑多能量参数的改进有效独立法(EI-MEP)。通过空间桁架结构的数值仿真算例以及矩形截面悬臂梁的实验验证,并结合评价准则对有效独立法及三种现有改进方法进行比对研究。结果表明,该方法具有良好的低阶模态识别的准确性,在选取少量传感器数目时具有优势,能保证测量振型向量具有较大的线性独立性,在五种方法中最为有效。

传感器优化布置的改进有效独立算法

基于传统有效独立法(effective independence algorithm,简称EI法),以测点的频响函数为驱动点留数加权有效独立分布向量,提出改进的有效独立法用于传感器优化布置。该方法弥补了传统有效独立法会得到振动能量较低测点的缺点,可针对位移、速度和加速度不同类型的传感器采用相应的频响函数分别进行优化布置。应用该方法对一座矮塔斜拉桥三向加速度传感器进行优化布置,并采用模态保证准则和抗噪声能力准则对布置方案进行评价,结果表明,改进有效独立法能得到精确、经济的传感器布置。

搜索算法对有效独立法优化振动模态测量位置的影响

讨论了直接法、逐步累积法和逐步消除法三种不同搜索算法对有效独立法选取最优传感器测量位置的影响.以航空发动机某部件为实例,对有效独立法通过三种搜索算法选取的最优传感器测量位置的搜索结果,在模态相关度、测量点各阶能量和Fisher信息矩阵三个参数方面进行了分析、比较,结果表明逐步消除法能最有效地达到有效独立法的增大目标振型空间分辨率的效果.

传感器优化布置的有效独立-改进模态应变能方法

针对经典的传感器优化布置方法 -有效独立法(EI)容易丢失能量较大测点的不足,引入新的模态应变能修正EI法,提出有效独立-改进模态应变能法(EI-IMSE)。考虑模态数目的影响,通过空间桁架塔结构数值研究与矩形截面空心铰支梁的实验验证,并经四种评价准则与既有的EI及其三种EI改进方法的对比研究,表明EI-IMSE法不仅保留EI法的优点,且具有良好的抗噪性和低阶模态识别的准确性。

基于灵敏度-有效独立法的桥梁结构传感器优化布置研究

传感器布置是桥梁结构健康监测的重要环节,复杂桥梁监测项目多、结构自由度也多,全部自由度都布置传感器不现实,也不合理,使用最少的传感器获得尽可能完备的桥梁结构信息是传感器优化布置的目的。目前桥梁结构健康监测传感器优化布置的方法都存在自身的缺陷和不足,尤其是在模态选取时多数依据经验,既不科学,也不够严谨。针对桥梁结构健康监测传感器优化布置问题,通过反映结构损伤的灵敏度系数来修正最大线性无关的有效独立法,进而提出了灵敏度-有效独立法。该方法进行桥梁结构传感器优化布置时,通过矢量运算将两者结合,既考虑了模态的可观测性,又应用到损伤的可识别性。同时提出了基于模态贴近度选取模态数目的方法,以数学解法解决了桥梁动力系统结构模态数目选取依赖经验、客观性差等问题,让模态数目的选取更加客观和合理。实例分析表明,采用提出的方法对桥梁结构健康监测传感器进行优化布置,使用多种评价准则评估效果都较为理想,是一种适合桥梁结构的传感器优化布置方法。

基于有效独立-总位移法的水工结构振测传感器优化布置

为了更好地解决大型水工结构振测传感器优化布置问题,以拉西瓦拱坝为研究对象,针对有效独立法所选测点能量较小的不足,提出基于有效独立-总位移法的传感器优化布置方法。运用模态保证准则、最大奇异值比、Fisher信息矩阵值和总位移幅值等评价方法对有效独立法、有效独立-总位移法和距离系数-有效独立法三种方法进行评价。研究表明,有效独立-总位移法可以使所测得的模态之间正交性、可观性更好,提高剩余测点的应变能,是一种有效实用的传感器优化布置方法。

基于两步有效配置法的传感器优化布置

近年来,世界各国都在积极开展对结构进行健康监测的研究,提出了许多种传感器优化配置方法,但在传感器数量优化上考虑得比较少。为解决传感器数量优化的问题,本文提出一种同时考虑数量和位置优化的传感器布置算法——基于两步有效配置法的传感器优化布置方法。该法首先通过弹性波传播原理确定特定结构的传感器布置极限间距并初步确定检测所需传感器数量,然后采用有效独立-驱动点残差法并将传感器布置极限间距作为该法的一个约束条件对传感器进行优化布置。针对特定检测系统,以桥梁结构Benchmark模型为例,验证了上述传感器两步优化配置法的有效性。计算表明,该法能有效地解决传感器优化配置问题。

结构健康监测中的传感器布置方法及评价准则

综述了结构健康监测中常用的传感器布置方法及其评价准则研究的最新进展.重点分析了几种常用传感器布置方法间数学本质上的内在联系,尤其是讨论了有效独立法与模态动能法之间的关系、有效独立法与QR分解法和MinMAC法的区别与联系.通过一个梯形结构对比了各种传感器的布置方法所给出的传感器位置组合.讨论了目前常用的5种传感器布置方法评价准则,并阐明其中两个准则与作者所提出准则间的关系.

基于EI及MAC混合算法的斜拉桥传感器优化布置

提出一种传感器优化布置算法,结合有效独立法和模态置信保证准则(Modal Assurance Criterion,简称MAC法)的优点,解决了采用MAC法进行传感器优化布置时所遇到的问题。首先,利用列主元QR分解技术得到MAC法确定传感器位置的初始测点,然后用有效独立法确定侯选添加测点的范围,避免了添加测点的盲目性,从侯选测点中选择满足MAC矩阵非对角元素最小的测点,添加到初始测点中,不断循环直至达到要求,上述算法采用matlab7.0编制程序实现。最后,以五河口大桥为研究对象,运用程序对五河口大桥主梁作了不同数目测点方案的传感器优化布置研究。结果表明,混合算法不仅保证了所测向量的MAC矩阵非对角元素值较小,而且具有较好的线性独立性和空间交角。

一种聚类优化的传感器布置方法研究

复杂结构试验/理论振型的匹配是模态参数型修正过程的重要内容。以测量并获取用于模态参数识别的最佳信息为目标,实现布置在结构上有限数量的传感器能有效避免信息冗余,提出了一种聚类优化的传感器布置方法。根据结构模态中各自由度振型的动力相似性,应用k-means聚类算法对自由度进行自动集结并分类。采用有效独立法分别从各聚类自由度中搜索出模态分辨率最高的传感器位置作为实际的测量位置。最后通过一个悬臂梁、一个悬臂薄板的数值分析和一个旋转滤光轮组件的模态测试试验对该优化布置方法进行验证。分析结果表明,这种方法能有效选出独立敏感性测点,并且具有较高的搜索效率。

三种传感器布点优化算法在系杆拱桥中的对比分析

对三种不同的传感器优化布点算法在系杆拱桥中的应用进行对比分析,研究不同算法的侧重点及优化效果。首先对三种优化方法的原理进行分析,然后以一大跨系杆拱桥为背景,研究桥面在三种方法下加速度传感器测点布设的差异,并采用四种评估准则对传感器布置的优化效果进行对比分析,最后采用无量纲化技术将四种评估准则转化为综合评价体系。分析结果表明:不同的优化算法对优化效果的影响较大,在进行传感器的优化布设时,必须对不同的优化算法进行对比,以选取最优算法。

考虑敏感性和鲁棒性相协调的多维传感器优化布置方法

为了有效地布置多维传感器,将传感器优化布置方法中经典的三维有效独立法(EfI3)推广到了其他维数,分别给出了适用于高层建筑的EfI2和EfI5算法;针对以往算法不能考虑结构自身不适定性的问题,提出了一种能够综合考虑结构反应信息敏感性以及系统鲁棒性相协调的优化方法,该方法通过E测试矩阵使Fisher信息矩阵获得最大值,且能够保证在迭代过程中振型矩阵的条件数最小;以广州新电视塔为例,采用模态保证准则、Fisher信息矩阵行列式,以及振型矩阵条件数3种优化准则,对比分析了仅考虑水平振动,以及同时考虑水平振动和空间扭转的传感器优化布置效果,证明了方法的可行性和优越性。