基于小波與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究.pdf

1、在近十年的時(shí)間里，城鄉(xiāng)人口流動(dòng)量大大增加，現(xiàn)有的公路、橋梁等建設(shè)已不能的滿足人口流動(dòng)的需求。隨著“十三五”規(guī)劃的提出，各種橋梁、公路等建設(shè)處于前所未有的發(fā)展中，為我國交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)增長打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，正在建或已建成的各項(xiàng)交通運(yùn)輸工程在施工、設(shè)計(jì)、質(zhì)量等方面出現(xiàn)了一系列的安全問題。
　　在諸多橋梁結(jié)構(gòu)中，梁橋是占有至關(guān)比例的橋型，在公路運(yùn)輸與城市交通中使用是最多的。不同形式的梁作為梁橋中的主要構(gòu)件，不

2、斷承受著車輛荷載、人行荷載、風(fēng)雨荷載等各種動(dòng)、靜荷載的綜合作用。在這些荷載的長期作用下，梁在工作運(yùn)營當(dāng)中必定會(huì)受到不同程度的損傷，并且會(huì)隨著時(shí)間推移，損傷的位置與損傷的程度均會(huì)有不同程度的發(fā)展。而當(dāng)這些損傷發(fā)展到一定程度的時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致梁體本生的剛度大幅度下降，乃至對(duì)整個(gè)橋梁的征程運(yùn)營帶來安全隱患。由損傷帶來的結(jié)構(gòu)破壞往往是脆性破壞，這種破壞是毫無征兆的破壞，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故，造成嚴(yán)重的社會(huì)影響以及無法估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，

3、很有必要對(duì)在役橋梁制定完備的健康監(jiān)測系統(tǒng)，適時(shí)監(jiān)測其運(yùn)營狀況。并通過大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)評(píng)估橋梁的現(xiàn)有健康狀況，其中最重要的工作就是進(jìn)行損傷識(shí)別判定。本文將利用小波變換與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)簡支梁進(jìn)行損傷識(shí)別診斷，其主要原理是:利用有限元計(jì)算軟件MIDSA CIVIL建立結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值模型，通過動(dòng)力分析得到結(jié)構(gòu)的前5階模態(tài)參數(shù)。然后運(yùn)用MATLAB軟件中的小波和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，對(duì)梁的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析。最后確定損傷識(shí)別的位置及損傷程度。主要研究內(nèi)容及結(jié)論

4、如下:
　　①本文在曲率模態(tài)基礎(chǔ)上，利用小波變換能夠在不同尺度下對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)中的突變信號(hào)進(jìn)行放大和識(shí)別的特點(diǎn)，提出了一種基于小波變換的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法。對(duì)所建結(jié)構(gòu)數(shù)值模型采用單元?jiǎng)偠冉档偷姆椒ㄟM(jìn)行單一損傷、多處損傷的損傷模擬。然后利用有限元軟件MIDSA CIVIL獲取結(jié)構(gòu)在損傷狀態(tài)下的固有頻率，并用差分法求得所對(duì)應(yīng)的曲率模態(tài)。最后利用用小波分析得出曲率模態(tài)差的小波系數(shù)圖象。通過對(duì)小波系數(shù)曲線圖的突變點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，從而判定損傷的位置以

5、及損傷的程度。
　?、谌斯ぴO(shè)置5類損傷工況，對(duì)收集到的前5階頻率模態(tài)跟隨不同損傷工況下的變化建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練。然后，將未知損傷工況設(shè)于梁中，利用訓(xùn)練優(yōu)化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行損傷識(shí)別，發(fā)現(xiàn)能夠很好的定位損傷發(fā)生位置。最后，針對(duì)損傷程度的識(shí)別，同樣建立5階頻率模態(tài)參數(shù)樣本，建立針對(duì)損傷程度識(shí)別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置隨機(jī)損傷程度參數(shù)，利用訓(xùn)練優(yōu)化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)梁的損傷程度進(jìn)行判別，發(fā)現(xiàn)識(shí)別誤差均控制在5％的范圍