采用基于信息融合的改进单元损伤变量识别梁式结构的损伤

摘要

本研究利用桥梁健康监测系统所获取数据的连续性(沿时间轴监测系统可以提供足够多监测数据)的特点,通过在模态参数中施加不同水平噪声样本的试验发现,对含有不同水平随机噪声的数据,采用通常的确定性识别方法是无法实现损伤的准确定位的,同时结构的转角信息也是难以测量的。本文探索通过损伤指标与概率统计相结合以进行损伤识别的可行性,着力解决当前对结构损伤检测中损伤识别指标抗噪性较差的问题,主要包括以下内容:
　　①利用动力指纹损伤指标——单元损伤变量D的构造理论与改进方法,介绍了通过静力凝聚方法来提取模态振型中转动分量。通过有限元软件ANSYS建立梁式构件有限元模型并提取振动加速度响应,利用静力凝聚方法由竖向位移测量值计算结构转角信息,在此过程中,不需要预估结构的参数,通过一般多自由度结构的动力运动方程和“虚拟结构”的方法,便可以直接导出不含有待识别参数的位移—转角关系式,通过此方法对转角信息进行重构。
　　②采用精度较高的模态分析方法—随机子空间方法,通过合理的选取随机子空间方法中的参数,尽可能准确地获得系统的待识别参数,从而利用概率统计的方法—DS理论,并结合单元损伤变量指标,提出一种改进的损伤识别指标。通过Matlab软件,对简支梁有限元仿真得到的信号施加不同水平的噪声,考察噪声、损伤位置和损伤程度对损伤识别效果的影响。检验改进的损伤识别指标的有效性。
　　③对矩形截面简支梁进行振动测试。首先采用随机子空间识别法提取简支梁损伤前后前3阶模态参数,然后采用改进的损伤识别指标对简支梁进行损伤定位。进一步验证了该损伤指标应用于实际结构损伤识别的可行性和优越性。