【摘要】：為了實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本功能,需要利用傳感器系統(tǒng),也就是通過某種算法,選定合適的自由度,然后將傳感器布置在這些選定的自由度之上,然后獲得結(jié)構(gòu)的各種動(dòng)力響應(yīng)信息。但在實(shí)際應(yīng)用過程中,許多大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的可測(cè)自由度非常多,想要獲得橋梁結(jié)構(gòu)全部自由度上的頻響信息是不現(xiàn)實(shí)的,不可能通過在結(jié)構(gòu)上布滿傳感器的方式來監(jiān)測(cè)獲得全部自由度上的響應(yīng)信息;同時(shí)考慮到動(dòng)力測(cè)試成本及整個(gè)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本,傳感器的布置總數(shù)受到限制,使得試驗(yàn)中所布置的測(cè)點(diǎn)以及選取的自由度個(gè)數(shù)要遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的自由度總數(shù)。因此,研究如何合理而有效地選取待測(cè)的主自由度來保證結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的質(zhì)量,具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金(NO:51778506)青年基金項(xiàng)目資助下,開展了對(duì)于大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)以結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)為目的的主自由度優(yōu)化選取方法的研究,為解決大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)及運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估問題提供了新的途徑,發(fā)展了一種基于模型縮聚法的損傷識(shí)別方法。具體的研究?jī)?nèi)容如下:采用信息熵來定量表征待識(shí)別結(jié)構(gòu)建模參數(shù)識(shí)別結(jié)果的不確定性�；谪惾~斯統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)識(shí)別方法,以結(jié)構(gòu)建模參數(shù)識(shí)別結(jié)果的不確定性(即信息熵)最小為優(yōu)化準(zhǔn)則,極大化結(jié)構(gòu)建模參數(shù)的后驗(yàn)概率密度函數(shù),在給定主自由度數(shù)目的前提下,以主自由度組合為優(yōu)化變量,優(yōu)化結(jié)果即為在給定主自由度數(shù)目的情況下,優(yōu)化主自由度組合,獲得優(yōu)化后的傳感器布置位置。采用基于二進(jìn)制編碼的遺傳算法進(jìn)行主自由度優(yōu)化選取問題的求解,獲取傳感器布置問題的優(yōu)化方法,即在傳統(tǒng)二進(jìn)制編碼遺傳算法基礎(chǔ)上進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn),在種群演化過程中確保主自由度選取問題中不會(huì)出現(xiàn)主自由度選取位置的重復(fù)以及主自由度選取的個(gè)數(shù)發(fā)生變化;同時(shí),采用窮舉法對(duì)所遺傳算法獲得結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。采用免費(fèi)的商業(yè)數(shù)學(xué)編程軟件MATLAB進(jìn)行編程,實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)三維空間有限元建模與動(dòng)力響應(yīng)求解、遺傳算法的改進(jìn)以及主自由度的優(yōu)化選取即傳感器的優(yōu)化布置;其中,采用商業(yè)有限元軟件ANSYS對(duì)MATLAB軟件所建數(shù)值模型的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證。通過三個(gè)典型橋梁結(jié)構(gòu)模型的數(shù)值仿真研究,對(duì)本文方法的正確性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明,給定傳感器數(shù)目條件下,本文方法能快速、準(zhǔn)確地識(shí)別出大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的自由度組合,在此最優(yōu)組合下,可以獲得結(jié)構(gòu)的最大信息采集量,可使橋梁結(jié)構(gòu)建模參數(shù)識(shí)別結(jié)果的不確定性最小。
【圖文】：

邐０．０００１邐０．０００２邐０．０００２邐０．０００１邐０．０００２邐０．０００５逡逑為了更直觀的比較在不同的主自由度組合下，參數(shù)識(shí)別結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差值，將逡逑上表中的結(jié)果繪制成圖，如下圖５－８所示。逡逑ｘ１0－３邐參數(shù)１，，損傷０．２逡逑４ｒ邐ｃ邐［邐ｃ邐ｔ邐ｃ邐；邐ｔ邐■逡逑ｒ－？－優(yōu)化結(jié)果逡逑門邋ｌ邐［邐Ｉ邐［邐！邐［邐！邐［邐［邐逡逑１邐２３４５６７８９邐１０逡逑參數(shù)編號(hào)逡逑圖５－８四自由度參數(shù)識(shí)別結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)比逡逑上圖中的紅色曲線是優(yōu)化得到的主自由度組合，與其他線條相比，雖有一逡逑些參數(shù)識(shí)別結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差比優(yōu)化組合的結(jié)果小，但是紅色曲線上極大部分的點(diǎn)逡逑的值均小于其他曲線，即參數(shù)識(shí)別結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差最小，根據(jù)前文所述，信息熵的逡逑主要作用是描述參數(shù)識(shí)別的不確定性，而論文中目標(biāo)函數(shù)值最小時(shí)，得到的主逡逑自由度組合，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別時(shí)，得到的識(shí)別結(jié)果的不確定性也最小，這逡逑說明本文的主自由度優(yōu)化選取方法的正確性，并將得到的最優(yōu)主自由度組合在逡逑簡(jiǎn)支梁橋模型中給出示意圖

武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文表５－７邋６個(gè)主自由度下的參數(shù)識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)差值編號(hào)邐優(yōu)化組合組合１邋組合２邋組合３邋組合４邐組合５逡逑６１邐０．０００２邐０．０００３邐０．０００５邐０．０００２邐０．０００２邐０．０００４逡逑０２邐０．００２３邐０．００２４邐０．００３２邐０．００２９邐０．００２４邐０．００３２逡逑０３邐０．００３１邐０．００３３邐０．００２１邐０．００２７邐０．００３邐０．００２２逡逑０４邐０．００２５邐０．００２７邐０．００２９邐０．００２６邐０．００２６邐０．００２８逡逑０５邐０．００３邐０．００２５邐０．００３邐０．００３邐０．００３邐０．００２８逡逑０６邐０．００２５邐０．００３１邐０．００２８邐０．００２６邐０．００２８邐０．００２９逡逑０７邐０．００２７邐０．００２４邐０．００２５邐０．００２６邐０．００２５邐０．００３１逡逑０８邐０．００３４邐０．００３２邐０．００３４邐０．００３４邐０．００３４邐０．００２３逡逑０９邐０．００２９邐０．００２８邐０．００２６邐０．００２９邐０．００２６邐０．００３５逡逑９１０邐０．０００８邐０．０００４邐０．０００４邐０．０００８邐０．０００４邐０．００１５逡逑同樣的將上面表中的識(shí)別結(jié)果制圖，如圖５－１０、５－１１所示。逡逑ｘ１0－３邐參數(shù)１，損傷０．２逡逑
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U446

【參考文獻(xiàn)】

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4 高維成;徐敏建;劉偉;;基于遺傳算法的傳感器優(yōu)化布置[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年01期

5 楊秋偉;劉濟(jì)科;;一種改進(jìn)的模型縮聚方法[J];力學(xué)與實(shí)踐;2006年02期

6 黃維平,劉娟,李華軍;基于遺傳算法的傳感器優(yōu)化配置[J];工程力學(xué);2005年01期

7 趙翔,李愛群,繆長(zhǎng)青,韓曉林,李兆霞;潤(rùn)揚(yáng)大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器測(cè)點(diǎn)布置[J];工業(yè)建筑;2005年01期

8 左云,陳明憲,趙躍宇;橋梁健康監(jiān)測(cè)及傳感器的優(yōu)化布置[J];公路;2004年04期

9 劉福強(qiáng),張令彌;作動(dòng)器/傳感器優(yōu)化配置的研究進(jìn)展[J];力學(xué)進(jìn)展;2000年04期

10 董聰,郭曉華;廣義遺傳算法的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)[J];中國(guó)科學(xué)基金;1999年02期

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2 劉明輝;免疫算法原理應(yīng)用研究及機(jī)翼結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

3 劉娟;基于遺傳算法的海洋平臺(tái)傳感器優(yōu)化配置及損傷診斷研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2003年

本文編號(hào)：2588231