基于监测数据的高速铁路高架站轨道系统测点优化布置研究

高架站作为高速铁路轨道系统中的最敏感区段之一,对其进行长期安全监测至关重要.在监测中,大量布设传感器既导致成本高昂,又造成设备的冗余和浪费.为此,通过对长期监测数据进行分析,建立多种数学模型对监测指标与温度、监测指标与空间位置的相关关系进行研究,并基于此提出一套针对高架站轨道系统的测点优化布置建议.研究结果表明,钢轨纵向应力、尖轨纵向位移等指标受温度累积效应影响明显,与轨温序列具有较强的线性相关性,故可利用轨温数据建立多元线性回归模型进行估算;轨下结构相对位移受空间位置、约束条件影响较大,可根据测点间的线性换算关系建立关联模型,以减少同类测点的布置;经过优化布置,测点量可由38个降至17个,能够为改善高架站轨道系统测点冗余问题提供指导.

集装箱起重机模态实验中的新型测点优化布置法

在集装箱起重机结构模态实验中,向QR分解所得的初始测点组中添加剩余测点时,采用目前常用的测点选择方法在操作过程中存在着一定的局限性。为解决这些问题,提出一种新的测点添加方法,并以集装箱起重机缩尺模型为研究对象对该方法进行实验验证。选取2组采用该方法添加的测点方案进行锤击模态实验,结果显示2组方案都能得到较好的结果,证明了该法能得到精确、经济的传感器布置。

横观各向同性岩体中位移反分析的测点优化布置

在地下工程中,位移监测已经成为掌握围岩动态变化的关键手段。而测量点的布置对位移反分析的唯一性和反分析精度都有很大的影响。基于最大位移原则,对横观各向同性岩体位移反分析中的测点优化布置问题进行了研究。研究了圆形巷道中位移随角度和半径的变化规律;分析了侧压力系数λ对位移变化规律的影响;获得了测点优化布置准则。研究结果表明,在较大主应力方向靠近硐壁的区域是最优的测点布置区域。

基于重要风险源的深基坑监测测点优化布置

根据风险评估理论,重点讨论风险评估与测点优化之间的关系,提出了基于重要风险源的测点优化布置方法,结合近年笔者参与的30多项基坑监测工程的现场经验和数据分析,详细论述了测点优化布置方法在基坑监测工程中的实用性和有效性,总结出其布置的相关准则,对实际工程有一定的指导意义。

深基坑监测测点布置及优化方法研究

概述了风险评估理论,重点讨论风险评估与测点优化之间的关系,提出了基于重要风险源的测点优化布置方法,结合基坑监测工程现场经验和数据分析,详细论述了基于重要风险源的测点优化布置方法在基坑监测工程中的实用性和有效性,总结出基坑工程监测测点优化布置的相关准则,对实际工程有一定的指导意义。

基于粒子群算法的车身测点布置优化

将粒子群算法应用于车身测点布置优化中,实例证明此算法具有收敛速度快、解质量高、鲁棒性好等优点,特别适合此类问题的工程应用。

门座式起重机健康检测系统测点优化研究

随着门座式起重机正逐渐向大型化、重载化、高速化方向发展,对其进行健康检测越发重要,在对起重机进行结构健康检测时,传感器布设的位置与数量会对结果产生至关重要的影响。以MQ2533门座式起重机为研究对象,应用有限元分析软件ANs Ys建立MQ2533门座式起重机模型,并对其整机进行结构强度分析,确定出MQ2533门座式起重机应力应变最大部位,并通过历史故障分析统计确定了起重机的危险点,优化了传感器测点在起重机上的布置。

基于自适应动态惩罚遗传算法的桥梁监测无线测点优化研究

针对桥梁监测的无线测点优化布置问题,提出一种基于自适应动态惩罚函数的改进广义遗传算法。首先针对无线传感器数量固定和通信距离有限的典型特征将桥梁监测无线测点优化布置表达为约束优化问题,无线传感器的数量和极限传输距离作为优化问题的约束;其次构建了一种能够根据解的偏离程度和种群中高适应度个体数量自动调整惩罚力度的自适应动态惩罚函数;然后采用精英保存机制和末位淘汰策略对基于二重结构编码的广义遗传算法进行了改进;最后利用一大跨悬索桥对该方法进行了验证,并进一步讨论了自适应动态惩罚函数对解的有效性和收敛速度的影响。结果表明:提出的自适应动态惩罚函数能够根据种群的特征自动改变惩罚尺度,保证无线传感器之间的距离小于极限通信距离,同时将无线数据传输距离对桥梁监测信息获取的影响降到最低;改进的广义遗传算法具有很强的全局快速寻优能力,能够快速搜索到全局最优解,优化结果不仅能够满足无线传感网络数据传输距离的要求,还能最大化无线测点的信息获取能力。

灰树花菇房温度监测及其测点布置研究

为避免灰树花畸形菇的形成,设计灰树花菇房温度监测系统。运用ANSYS FLUENT分析软件仿真模拟了菇房内的温度分布,指导灰树花菇房温度监测系统的监测点布置。通过比较理论值和试验值,得到T检验中的p值0.10大于0.05,说明二者差异很小,验证菇房多点温度监测系统的可靠性。对温度传感器安装位置进行优化,保证温度监测数据的正确性。

基于可靠度指标的斜拉桥索力监测测点布置优化

鉴于经济性与功能需求,对传感器测点进行优化布置是桥梁健康监测实施的重要环节。文中采用基于人工神经网络改进响应面法进行斜拉索极限承载力可靠度分析,提出以可靠度指标作为斜拉索测点布置的依据。以某大桥为例,进行了斜拉索极限承载能力可靠度计算,并以计算可靠度指标给出了斜拉索测点布置原则,可为后续斜拉索健康监测测点布置提供支持。

公路弯梁桥模态测试的测点布置

为得到测试公路弯梁桥模态振型的测点优化布置方案,采用有效独立法运算测点布置位置,并引入模态保证准则检验测点的准确性。以某实际三跨连续弯梁桥为工程背景,通过MATLAB编制有效独立法寻找相应测点位置的程序,分别计算了前10阶模态的传感器布置测点;计算各阶模态测点的模态向量空间夹角(PiMAC值);并选取其中4阶模态进行实桥验证。结果显示:多数PiMAC值满足模态保证准则,并且实桥测试结果与有限元模态相似度很高;结果表明:测点布置方案可以运用到三跨连续弯梁桥的模态测试中,有效独立法能有效为公路弯梁桥在环境激励下开展模态测试提供测点布置参考。

基于模型分析的健康监测振动测点布置分析

建立了石首长江公路大桥有限元模型,对大桥主梁前10阶振型模态进行分析。利用模态置信准则(MAC)对大桥健康监测系统主梁振动传感器布置进行评价和优化布置,提出3种优化方案,并得出相应结论。结果表明,大桥监测方案中拥有5个测试自由度的振动测点布置并非最优,通过增加测试自由度数量或者在不改变测试自由度数量下进行测点优化,不能同时兼顾经济性和优化效果,而基于模型选择初始测试自由度位置再进行优化的方式可以达到理想效果。

高速铁路大跨度桥梁运营监测系统研究

从高速铁路大跨度桥梁运营养护需求出发,结合大跨度桥梁的结构特点,采用自动化监测与电子化人工巡检相结合的运营监测系统。监测系统包括自动化监测、电子化人工巡检、数据分析处理及数据管理。监测内容包括桥址环境、外部荷载、结构响应、动力特性、特殊设备和结构表观病害。对监测数据采用统计分析、趋势分析、特征值提取、相关分析、回归分析等分析方法,从而掌握大跨度桥梁在运营阶段的力学行为,提供桥梁养护管理决策。监测系统具有实时在线信息查询、统计报表等功能。本文提出的监测系统设计方案已应用于京沪高铁南京大胜关长江大桥和石郑铁路客运专线郑州黄河公铁两用桥的运营监测,减少了人工检测的工作量,为养护管理人员提供了大量的监测数据。

水工建筑物安全监测布置优化方法研究

如何用最少的测点反映水工建筑物的工作性态,是水工建筑物安全监测设计研究的难点。本文以水工建筑物有限元计算成果为依据,形成水工建筑物安全监测量的空间分布样本,通过聚类和主成分析,提取样本空间分布特征并对数据样本进行空间分块,由此提出水工建筑物安全监测布置的优化方法,并应用B样条曲面建模误差理论,对水工建筑物安全监测布置的结果进行评价。实例分析表明,该方法切实可行,为水工建筑物安全监测布置优化提供新思路。

煤矿井下微震震源高精度定位研究

煤矿井下微震震源准确定位,对于动力灾害监测预警具有重要意义.由于微震震源需要通过井下传感器接收信息反演确定,传感器的安装位置限制于煤矿井下巷道周围,传感器沿巷道近平面的不合理布置将大大降低震源定位精度.针对由传感器信息反演震源位置引起的病态问题,本文提出了基于微震监测测点优化布置的震源高精度定位算法.首先通过计算系数矩阵条件数,判定病态问题;然后利用中心化法和行平衡法联合进行病态矩阵预处理.对预处理后的矩阵A、b利用L曲线法计算正则参数,结合Tikhonov正则化算法计算得到震源坐标正则解.研究结果表明,中心化法有效降低了矩阵数量级,行平衡预处理降低了病态条件数,预处理后Tikhonov正则解的震源坐标误差最小可以达到3.09m,与预处理前的高斯消去解相比误差大大降低.通过上述优化处理,实现了井下受限空间微震监测震源高精度定位.

随机森林算法在温度分布重建中的应用

为提高温度分布重建精度,提出了使用随机森林算法对温度测点进行优化布置的新方法。将测点位置作为样本特征,以不同的测点布置方式及其对应的重建误差作为样本数据集。使用样本数据集构建随机森林模型,评估样本特征重要性,根据特征重要性排序实现温度测点的优化布置。设定仿真实验与燃烧实验验证优化布置算法的可行性与有效性。分析实验数据,所提出的优化布置算法相对于原有算法,重建精度提升了20%以上。研究结果表明,随机森林算法在温度分布重建中具有良好的应用价值,并为解决工业实际问题提供了新思路。

基于弯矩影响系数的轴系安装状态评估逆计算方法

[目的]为了在船舶推进轴系安装完成后对其实际的安装状态进行检验,[方法]提出基于弯矩影响系数的轴系状态逆计算方法。推出轴系任意截面弯矩与轴承变位的线性关系,通过实测弯矩直接推算轴承变位与实际负荷,反演轴系的状态参数。研究弯矩影响系数的特性,建立与应变测试相适应的轴系状态分析模型,给出多种轴系类型的应变测点布置原则,提出以降低误差敏感度为目标的应变测点优化方法。对38 500 DWT散货船推进轴系进行实测,通过所提出的方法推算轴系的实际安装状态。[结果]结果显示,推算的轴承负荷与现场顶举负荷完全一致,最大相对误差为3.14%。[结论]实验验证了该方法的正确性和适用性,可为轴系安装状态的评估提供一种新的方法。

超高层施工监测系统的研发与应用

随着超大型结构的迅速发展,传统人工检测方法的工作效率与测量范围难以满足结构施工安全的需要,大量超限结构的施工安全缺少实测数据支持,有必要对大型施工监测系统进行深入研究。以京基金融中心为工程背景,对超高层施工监测系统进行研究,将施工全过程模拟技术运用于测点优化布置,依据施工模拟过程中的结构响应变化规律,制定合理的温度、竖向位移、应力测点布设方案;依据传感器和采集硬件的自身适用标准及相关选型原则,对二者进行具体的优化选型,并运用Labview平台开发超高层施工监测软件系统;将无线传输技术运用到系统监测中,制定无线分散式数据传输网络方案,解决复杂施工现场的数据实时传输问题;最后采用合理安装工艺及现场保护措施,对京基金融中心施工监测系统进行现场搭建,并进行现场数据采集。监测数据分析表明:系统工作稳定,数据趋势性良好,可以反映结构受日照及季节影响的温度变化规律,获得结构施工过程中的力学响应指标,为了解施工过程中的结构状态及相关工程决策提供实测依据,同时系统的建立与运行也为类似大型工程的高集成度及自动化施工监测的实施提供了参考。