基于频响函数的结构损伤稀疏正则化识别

摘要

结构损伤识别是结构健康监测中重要的内容之一。目前，结构损伤识别的方法有很多，但当噪声存在时，其损伤识别结果的精度仍有待提高。本文在频响函数理论的基础上，结合稀疏正则化方法对结构损伤进行识别。本文的主要研究内容如下： （1）综述了近年来的结构损伤识别方法。介绍了常见的几种结构损伤识别方法的大致思路以及发展现状，尤其对与频响函数理论有关的结构损伤识别方法进行了重点综述。 （2）提出了基于频响函数的结构损伤稀疏正则化识别方法。从基本动力学方程出发，对加速度频响函数进行了推导，用不同频率值对应的频响函数幅值构建频响函数矩阵，进而推导出结构损伤前后总刚度变化量与频响函数之间的关系式。将上述关系式与稀疏正则化方法进行结合，并建立新的目标函数，通过粒子群优化算法求解目标函数中的单元损伤系数，从而确定结构损伤的位置和程度。实测桥梁结构响应数据时，往往仅测量桥梁竖向数据，因此提出将加速度频响函数理论与缩聚理论相结合，以期降低系统刚度矩阵和质量矩阵的维度，使得刚度矩阵和质量矩阵的维度与结构单元数相等，这不仅有利于实测响应数据的采集，还有利于提高计算效率。 （3）对本文方法的有效性和适用性进行数值仿真研究。分别建立悬臂梁、简支梁和桁架梁结构的有限元模型，设置不同损伤工况，考虑不同参数影响验证方法的有效性和适用性。这些参数包括：噪声、稀疏正则化参数和粒子群算法参数等。 （4）对本文方法进行实验验证。在实验室制作悬臂梁模型，对悬臂梁结构设置不同损伤工况，并通过LMS系统测量各工况下结构响应数据，修正有限元模型，利用实测数据进一步对本文方法的有效性进行实验验证。 （5）分析和总结本文方法的优点和不足，并对未来进行了展望。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究的背景与意义

1.2结构健康监测内容

1.3结构损伤识别方法

1.4 本文主要的研究内容及创新处

第二章 基于频响函数的结构损伤稀疏正则化识别

2.1 引言

2.2 加速度频响函数和动力缩聚基本理论

2.3稀疏正则化的基本理论

2.4粒子群优化算法的基本理论

2.5 本章小结

第三章 数值仿真研究

3.1 引言

3.2悬臂梁结构损伤识别的数值仿真研究

3.3简支梁结构损伤识别的数值仿真研究

3.4平面桁架的结构损伤识别数值仿真研究

3.5 本章小结

第四章 实验验证

4.1引言

4.2实验概况

4.3测量和分析实验数据

4.4模型修正和结构损伤识别

4.5 本章小结

第五章 结论和展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢