不完備測點結(jié)構(gòu)損傷與荷載的同步識別算法研究.pdf

1、輸入信息未知、輸出測試信息不完備條件下的結(jié)構(gòu)損傷檢測與荷載識別是土木工程結(jié)構(gòu)識別領(lǐng)域中的一個重要問題。據(jù)此，本文以結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)靈敏度為基礎(chǔ)，提出一種僅利用結(jié)構(gòu)少數(shù)測試自由度上的動態(tài)響應(yīng)同步識別結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和輸入時程的方法，并將識別的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)用于檢測結(jié)構(gòu)的局部損傷，同時，針對該方法的關(guān)鍵問題進行了一系列探討，主要內(nèi)容如下：
　　(1)提出了一種基于動態(tài)響應(yīng)靈敏度同步識別結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和輸入的方法。首先，通過將結(jié)構(gòu)輸入力進行正交多項

2、式展開和對結(jié)構(gòu)物理參數(shù)進行攝動，引入正交展開系數(shù)和單元剛度分?jǐn)?shù)作為待識別的力參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)；然后，推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)對兩類參數(shù)的靈敏度，構(gòu)造了識別方程，并采用迭代形式進行求解。數(shù)值模擬表明，所提出的同步識別算法可實現(xiàn)僅利用結(jié)構(gòu)少數(shù)測試自由度上的動態(tài)響應(yīng)同步識別結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和輸入時程。
　　(2)將同步識別算法推廣用于未知基底激勵作用下的結(jié)構(gòu)損傷檢測與荷載識別。首先，通過對未知基底激勵進行正交展開，推導(dǎo)基于動態(tài)響應(yīng)靈敏度、利用結(jié)構(gòu)動

3、態(tài)響應(yīng)同步識別結(jié)構(gòu)局部損傷和未知基底激勵的識別方程；然后，采用正則化算法以迭代的形式求解識別方程。數(shù)值模擬和試驗研究表明，測量噪聲較小時，該方法的識別精度較高，正則化方法的引入可提高其抗噪能力；測量噪聲較大時，該方法不能有效地識別出結(jié)構(gòu)的損傷狀況，但通過去除線性趨勢項后處理的識別基底激勵可以反映其真實值的變化趨勢。
　　(3)提出了一種基于動態(tài)響應(yīng)靈敏度概念、從待識別子結(jié)構(gòu)上的動態(tài)響應(yīng)同步識別其損傷及其與相鄰子結(jié)構(gòu)之間的界面力的方

4、法。首先推導(dǎo)了子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動力方程；其次，將子結(jié)構(gòu)之間的界面力進行正交展開，并推導(dǎo)待識別子結(jié)構(gòu)上的動態(tài)響應(yīng)對該子結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和界面力正交展開系數(shù)的靈敏度計算公式；再次，構(gòu)造了識別方程并采用正則化方法對方程進行迭代求解。數(shù)值模擬表明，該方法僅利用待識別子結(jié)構(gòu)內(nèi)部幾個自由度上的動態(tài)響應(yīng)即可識別其上的局部損傷和界面力。
　　(4)提出了一種利用復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的某一子結(jié)構(gòu)上的測量響應(yīng)檢測另外一個子結(jié)構(gòu)上局部損傷的方法。首先，利用狀態(tài)空間法

5、表述兩個子結(jié)構(gòu)之間界面力的識別方程；然后，推導(dǎo)界面力對結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的靈敏度方程，同時構(gòu)造利用界面力識別待識別子結(jié)構(gòu)內(nèi)局部損傷的識別方程，并采用正則化方法進行求解。數(shù)值模擬表明，所提出的基于界面力識別的子結(jié)構(gòu)損傷檢測方法可以精確地識別遠離結(jié)構(gòu)響應(yīng)測點的子結(jié)構(gòu)上的局部損傷。
　　(5)提出了一種基于概率可靠度理論、適用于未知輸入下不確定性結(jié)構(gòu)損傷與荷載的同步識別方法。首先，推導(dǎo)通過動態(tài)響應(yīng)靈敏度方法同步反演結(jié)構(gòu)損傷與荷載的不確定性公式