润扬大桥结构健康监测策略

对建立大跨桥梁结构健康监测系统的关键问题———大跨桥梁结构健康监测策略进行了分析研究,阐述了大跨桥梁结构健康监测项目的选择依据、传感器优化布设的原则与主要依据、传感器选择的原则等.提出了综合考虑大桥的结构特点和各个方面对系统功能的要求,通过费用效益比分析,确定长期监测和周期检测内容的项目选择原则.关于传感器的布设,提出了遵循从状态评估的需要出发,以有效和经济为目标,使测点能够发挥最大效应的原则,综合结构安全评估、传感器布设优化理论等因素进行优化布设的方法.在有限元分析的基础上,应用遗传算法进行了润扬大桥结构健康监测系统振动和应变传感器优化布置的理论分析.然后进行了润扬大桥结构健康监测传感器系统的总体设计.

基于损伤可识别性的传感器优化布置方法

为了满足结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置方法.考虑损伤导致的结构响应变化,由结构运动方程推导出了结构响应与振型和损伤灵敏度之间的解析关系式.根据Fisher信息熵原理,建立了同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的目标函数.利用奇异值分解技术,发展了以Fisher信息矩阵最大和条件数最小为准则的迭代算法.算例分析表明,所提方法有效地克服了基于模态可观测性和基于损伤可识别性的传感器优化布置结果存在的差异,利用其优化结果进行的损伤识别比单一目标的结果具有更高的精度.

基于灵敏度分析的结构损伤识别中的传感器优化配置

本文提出了结构损伤识别中的传感器测点优化配置的方法。该方法是通过仅考虑结构刚度变化的结构特征灵敏度分析,以结构各自由度的损伤信息为条件,计算出结构的Fisher信息阵,并且考虑到Fisher信息阵的逆阵可能不存在,而将Fisher信息阵对应于每个自由度进行分解,通过计算每个分解的Fisher信息阵的迹而确定每个自由度含有的损伤信息的多少,从而从结构的全部自由度中去掉那些含损伤信息少的自由度。建立直接利用结构不完整的实测模态来定位结构的损伤,避免结构模态扩阶带来不必要的误差。最后,通过数值算例表明,该方法能有效地识别出结构的损伤。

润扬大桥结构健康监测系统传感器测点布置

润扬长江公路大桥作为我国建桥史上规模空前的特大型桥梁 ,对其建设和运营期间的健康监测、诊断以及各种灾害影响下的损伤预测和损伤评估 ,具有重要的现实意义 ,这也是润扬大桥设置结构安全健康监测系统的主要目的。作为该系统所要解决的最关键问题之一 ,就是合理解决传感器测点的最优布置。基于这一考虑 ,详细介绍了以有限元模型分析结果和基于广义遗传算法的主梁传感器测点优化布置为主要理论依据 ,最终形成的润扬大桥结构安全健康监测系统的传感器测点布置。

网壳结构健康监测中的传感器优化布置

针对网壳结构健康监测提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置的方法。由于模态数目的选取对基于损伤灵敏度分析的传感器优化布置有很大的影响,因此本文建立了一种同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的Fisher信息矩阵,并选取合适的模态数目,然后发展了一种以信息矩阵最大和条件数最小为准则的多目标优化算法。空间网壳数值算例表明,本文提出的传感器优化方法能简单、有效地为空间结构传感器优化布置提供可行方案。

基于半定松弛的时差定位系统优化布站算法

在时差定位系统中,观测站与目标的几何位置关系对定位精度有着重要影响。针对传统布站方法只适用于规则布站区域的不足,本文提出了一种新的可用于不规则布站区域内的近似最优布站算法。该算法所遵循的最优准则是使系统对目标的定位误差椭球体积下限达到最小,通过离散化布站区域将最优布站问题等价为一个组合优化问题,并采用半定松弛方法将难以求解的组合优化问题变换为一个易于求解的半定规划问题,从而得到规定布站区域内的优化布站方案。计算机仿真结果表明,该算法既可以用于规则布站区域也适用于不规则布站区域。

海洋平台立管的传感器优化布置

为了满足海洋平台结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以协调模态可观测性与损伤可识别性为目标的传感器优化布置方法。首先根据结构运动方程,利用损伤导致结构响应的变化,推导了结构响应与模态、损伤灵敏度的近似解析解。其次,建立包含模态信息和损伤灵敏度信息的传感器优化数学模型。最后利用奇异值分解方法,发展了一种以信息矩阵最大和条件数最小为目标的迭代算法。海洋平台立管的数值算例表明:该方法能够为海洋平台立管的健康监测提供可行的布点方案。

振动控制中压电传感/驱动器的位置评估

提出极点偏置ＰＤＬ准则对振动控制中压电传感／驱动器的位置进行评估．ＰＤＬ准则综合了各阶模态所对应的极点向左偏离虚轴的距离，不仅考虑了各阶模态的阻尼比，确切表达了减振效果，同时判定了稳定性．数值分析表明，ＰＤＬ准则能反映压电元件的位置、数量和尺寸，以及反馈增益、模态截取等一系列因素对主动控制的影响，是较为理想的评估压电元件位置的方法．

某型航空发动机燃-滑油热交换器模态试验中传感器布点优化策略

对某型航空发动机燃-滑油热交换器实物测量分析的基础上,在有限元软件ABAQUS中建立了其结构有限元模型并进行了模态分析。根据遗传算法原理,构造了一种基于正整数编码的改进遗传算法,利用Matlab编程完成了算法的实现,采用该方法对热交换器模态试验中传感器布点方案进行了优化,得到了传感器对应于其初始布置模式下的优化布置方案。

基于GANN的机翼盒段试验件传感器的优化配置

对机翼盒段试验件进行了结构分析,采用有限单元方法,建立了其结构的有限元模型,并进行了冲击压电响应数值仿真。构造了一种基于损伤检测的压电智能结构传感器优化配置的遗传神经网络(GANN)方法,采用该方法对机翼盒段试验件压电传感器进行了优化配置,得到了传感器对应于其初始布置模式下的最优配置,为该结构试验件的实际压电传感器的优化配置提供指导依据。仿真结果也表明,对于更多传感器的初始布置模式,采用该遗传神经网络方法可有效减少更多传感器的数量,从而降低成本。

基于状态观测器的结构控制系统传感器的最优位置

研究了基于状态观测器的结构控制系统传感器的最优位置问题,定义了问题的数学模型,给出了求解问题的一种方法,并数值分析了在地震作用下一幢房屋结构控制传感器的最优位置,验证了方法的有效性。

斜拉桥损伤可识别性传感器的优化布置方法

为使布置在斜拉桥上的传感器识别出的模态参数对结构损伤足够敏感,从传感器优化布置的损伤可识别性要求出发,应用参数试验法和参数相关性理论,提出并得到一种包含所有单元损伤信息的节点自由度损伤信息指标,对该指标排序可获得节点自由度包含损伤信息多少的次序,即每个自由度的损伤敏感性排名,此过程无需优化迭代.在此基础上利用传感器优化布置的第1类方法继续分析,避免了迭代或优化效率低下等缺陷,可得到既满足损伤可识别性,也满足模态可观测性的传感器布置位置.在单塔双索面斜拉桥上,展示了本文方法的实现过程,与EI(effective independence)法相比,损伤信息总量:3阶时高出589;4阶时高出582;5阶时高出591.

DAMAGE DETECTION BASED ON OPTIMIZED INCOMPLETE MODE SHAPE AND FREQUENCY

For the purpose of structural health monitoring, a damage detection method combined with optimum sensor placement is proposed in this paper. The back sequential sensor placement （BSSP） algorithm is introduced to optimize the sensor locations with the aim of maximizing the 2-norm of information matrix, since the EI method is not suitable for optimum sensor placement based on eigenvector sensitivity analysis. Structural damage detection is carried out based on the respective advantages of mode shape and frequency. The optimized incomplete mode shapes yielded from the optimal sensor locations are used to localize structural damage. After the potential damage elements have been preliminarily identified, an iteration scheme is adopted to estimate the damage extent of the potential damage elements based on the changes in the frequency. The effectiveness of this method is demonstrated using a numerical example of a 31-bar truss structure.

桥梁健康监测应用与研究现状(英文)

桥梁损伤诊断与健康监测是近年来国际上的研究热点 ,在实践方面 ,土木工程和航空航天工程、机械工程有明显的差别 ,比如桥梁结构以及其他大多数土木结构 ,尺寸大、质量重 ,具有较低的自然频率和振动水平 ,桥梁结构的动力响应极容易受到不可预见的环境状态、非结构构件等的影响 ,这些变化往往被误解为结构的损伤 ,这使得桥梁这类复杂结构的损伤评估具有极大的挑战性 .本文首先给出了结构健康监测系统的定义和基本构成 ,然后集中回顾和分析了如下几个方面的问题 :①损伤评估的室内实验和现场测试 ;②损伤检测方法的发展 ,包括 :(a)动力指纹分析和模式识别方法 ,(b)模型修正和系统识别方法 ,(c)神经网络方法 ;③传感器及其优化布置等 ,并比较和分析了各自方法的优点和不足 .文中还总结了健康监测和损伤识别在桥梁工程中的应用 ,指出桥梁健康监测的关键问题在于损伤的自动检测和诊断 ,这也是最困难的问题 ;

基于动力学分析和模糊综合评判的变速箱测点配置

针对变速箱状态检测与故障诊断过程中状态信息获取的测点位置基本靠经验设定,缺少理论支持,导致检测准确性和可靠性不高的问题,在建立变速箱箱体的有限元分析模型的基础上,进行了箱体的约束模态分析,根据模态位移"取大优先"的原则初选10个测点,然后采用模糊综合评判的方法,将测点优化问题转化为方案优选问题处理,提出了变速箱箱体模态实验的测点优化配置方案。结果表明:采用动力学分析和模糊综合评判相结合的方法进行测点优化选择,得到了科学合理的测点优化配置方案。