【摘要】：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及國家的大力支持,大跨度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)近年來得到了迅速的發(fā)展,尤其是在一些對(duì)跨度及凈空要求較高的熟料庫、干煤棚、大型裝備維修車間中應(yīng)用最為廣泛。雖然網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的生產(chǎn)及制作日益規(guī)范,但是不可避免得會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)缺陷,主要表現(xiàn)為桿件材料的缺陷、截面面積的負(fù)偏差以及運(yùn)輸或安裝過程中碰撞導(dǎo)致的初始撓度等。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在使用過程中往往會(huì)承受一些較大的荷載,其在設(shè)備激勵(lì)以及外部荷載激勵(lì)下,可能會(huì)出現(xiàn)螺栓松動(dòng)、桿件彎曲甚至斷裂等損傷,這些損傷通常難以通過目測(cè)的方法觀察到。隨著結(jié)構(gòu)的長期運(yùn)行,局部損傷可能會(huì)出現(xiàn)累積而引起結(jié)構(gòu)局部甚至整體倒塌,從而引發(fā)災(zāi)難性的后果。所以對(duì)在役網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期的損傷檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷并提出預(yù)警,對(duì)消除安全隱患具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文采用有限元軟件ANSYS中的Monte-Carlo概率設(shè)計(jì)法,進(jìn)一步選取拉丁超立方抽樣(Latin Hypercube Sampling,LHS)方法以減少抽樣數(shù)量,從而提高計(jì)算效率。于模擬過程中設(shè)置了材料密度、彈性模量、泊松比以及桿件截面面積四種隨機(jī)輸入變量,將結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率定義為輸出變量,對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分析,得到了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率對(duì)于各隨機(jī)變量的靈敏度和隨機(jī)變量的相關(guān)性系數(shù)。模擬結(jié)果表明:在設(shè)置的四種隨機(jī)輸入變量中,結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率對(duì)彈性模量與密度的靈敏度較高,其中彈性模量與密度分別存在缺陷時(shí),兩者的結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率相關(guān)性系數(shù)比值約為3.1:1.0,且兩者對(duì)結(jié)構(gòu)頻率變化的相關(guān)性是相反的。最終選取對(duì)結(jié)構(gòu)頻率影響較大的彈性模量,將其以正態(tài)分布的缺陷形式施加到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中,以模擬結(jié)構(gòu)存在隨機(jī)缺陷時(shí)的損傷識(shí)別。本文利用基于遺傳算法的損傷識(shí)別方法對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了損傷識(shí)別研究。該損傷識(shí)別方法原理為模型修正,即對(duì)無損結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的修正,使得修正后結(jié)構(gòu)的模態(tài)信息與損傷結(jié)構(gòu)基本一致,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)損傷位置以及損傷程度的識(shí)別。在Matlab中利用遺傳算法工具箱構(gòu)造了目標(biāo)值函數(shù)作為相應(yīng)的損傷識(shí)別指標(biāo),其以實(shí)測(cè)得到的結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率和振型為依據(jù),以結(jié)構(gòu)各單元的剛度折減系數(shù)為待識(shí)別參數(shù),將結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別問題轉(zhuǎn)化為只需要進(jìn)行振動(dòng)分析和遺傳算法計(jì)算的問題,最后利用遺傳算法自身的優(yōu)化特性尋找出符合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的最優(yōu)個(gè)體,從而確定損傷發(fā)生的位置及程度。在數(shù)值模擬過程中,首先按照網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件類型分別設(shè)置了上弦桿、下弦桿和腹桿三種不同位置的損傷工況;其次設(shè)置了單根桿件不同程度的損傷工況,以提高損傷識(shí)別的準(zhǔn)確性;最終將彈性模量的缺陷添加到結(jié)構(gòu)中,設(shè)置了兩根桿件同時(shí)損傷的工況,以模擬該方法對(duì)在役網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別。本文在實(shí)驗(yàn)分析階段,以錘擊法對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的激勵(lì),通過布置在螺栓球節(jié)點(diǎn)處的加速度傳感器獲得結(jié)構(gòu)的響應(yīng)數(shù)據(jù),利用DASP軟件輸出結(jié)構(gòu)的前五階模態(tài)信息,并采用基于遺傳算法的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法對(duì)設(shè)置的損傷工況進(jìn)行了分析。通過數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)分析可知,利用基于遺傳算法的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法可有效地識(shí)別出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中損傷的發(fā)生位置及程度。并且通過對(duì)比三種不同的目標(biāo)函數(shù)可以看出,綜合利用頻率與振型構(gòu)造的目標(biāo)函數(shù)識(shí)別效果較好且效率較高。利用該方法對(duì)存在隨機(jī)缺陷的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別時(shí),同樣可以取得較為理想的結(jié)果。
【圖文】：

第 1 章 緒論第 1 章 緒 論1.1 引言隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，科技水平的不斷提高，空間結(jié)構(gòu)理論分析也得到了長足的進(jìn)步。近年來，國家大力發(fā)展裝配式結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)迎來較快的發(fā)展期。其中大跨度空間結(jié)構(gòu)以其合理的受力形式及優(yōu)美的造型越來越廣泛地應(yīng)用到實(shí)際工程中。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，，跨度較大，但是其自重卻非常小，鋼材相對(duì)混凝土還具有可回收循環(huán)利用的特點(diǎn)，并且其仍具有便于工廠化生產(chǎn)、施工速度快、受力性能好等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。隨著目前工業(yè)化及生產(chǎn)工藝的需求，在大型吊車等移動(dòng)荷載的作用下，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力形式也會(huì)變得較為復(fù)雜。例如，圖 1-1 所示為某電廠干煤棚；圖 1-2 所示為大型體育場(chǎng)館；圖 1-3 所示為熟料庫，結(jié)構(gòu)上的設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)荷載；圖 1-4所示為航空領(lǐng)域的 A380 機(jī)庫，其在役階段通常會(huì)承受多個(gè)起吊設(shè)備同時(shí)運(yùn)行所帶來的荷載。

第 1 章 緒論第 1 章 緒 論1.1 引言隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，科技水平的不斷提高，空間結(jié)構(gòu)理論分析也得到了長足的進(jìn)步。近年來，國家大力發(fā)展裝配式結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)迎來較快的發(fā)展期。其中大跨度空間結(jié)構(gòu)以其合理的受力形式及優(yōu)美的造型越來越廣泛地應(yīng)用到實(shí)際工程中。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，跨度較大，但是其自重卻非常小，鋼材相對(duì)混凝土還具有可回收循環(huán)利用的特點(diǎn)，并且其仍具有便于工廠化生產(chǎn)、施工速度快、受力性能好等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。隨著目前工業(yè)化及生產(chǎn)工藝的需求，在大型吊車等移動(dòng)荷載的作用下，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力形式也會(huì)變得較為復(fù)雜。例如，圖 1-1 所示為某電廠干煤棚；圖 1-2 所示為大型體育場(chǎng)館；圖 1-3 所示為熟料庫，結(jié)構(gòu)上的設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)荷載；圖 1-4所示為航空領(lǐng)域的 A380 機(jī)庫，其在役階段通常會(huì)承受多個(gè)起吊設(shè)備同時(shí)運(yùn)行所帶來的荷載。
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU356;TU317;TP18

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本文編號(hào)：2606849