正放四角锥网架结构单点激励位置选取和传感器布置研究

摘要

近年来，大跨度空间网架结构被广泛用于大跨度公共建筑和民用设施中，随着使用时间的推移，结构出现损伤失效等相关问题时有发生，因此，结构损伤检测越来越受到关注。目前，网架结构的检测往往采用动测法，动测中信号的产生和获取十分重要，采用什么激励方式，激励什么位置，传感器如何布置都是需要研究的内容，也是损伤信息采集的关键。而且网架结构本身杆件众多、自由度巨大，这也给这类结构的损伤检测增加了一些困难。本文针对这些现状，进行了以下几个方面的研究：
　　1) 针对网架结构频率比较密集的特性，本着将参与结构自由响应的主要模态频率尽量稀疏，提高模态识别准确性的目的。采用了一种基于欧氏距离进行模态分离选取结构单点最优激励位置的方法。计算各阶模态对响应的贡献(即加权系数)，构造加权系数的模式向量、目标向量，定义目标函数，欧氏距离最小的目标函数即为最优激励位置。并以正放四角锥网架结构为算例，分别对两种截面情况下的完好、单损伤和多损伤工况进行分析，通过欧氏距离分离法判断该结构不同状态下的单点最优激励位置。最后用模拟获得的最优激励点进行激振，采集响应信号，用希—黄变换和傅里叶变换方法计算结构模态，验证了单点最优激励位置的有效性。
　　2) 考虑模态可观测性与损伤可识别性的传感器优化布置结果不一致的特点，采用了一种协调的 Fisher 信息矩阵。首先由结构运动方程出发，考虑损伤导致的结构响应的变化，以近似解析的方式推导出结构响应与振型和损伤灵敏度之间的关系。根据Fisher信息熵原理，建立同时包含模态振型和损伤灵敏度信息的Fisher信息矩阵，并确立了以协调的 Fisher信息矩阵2-范数最大化为准则的目标优化算法，确立了传感器初始布置方案。
　　3) 以协调的Fisher信息矩阵为条件，在结构动力反应灵敏度的基础上，提出了采用修正的方差法，即把方差函数局部最大值作为衡量结构传感器最佳数目的指标，以此实现了结构的传感器优化布置。并通过修正的模态保证准则建立适应度函数，评价传感器优化布置方案的有效性。

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第1章 绪 论

1.1 论文的研究背景及意义

1.2 激励位置选取研究现状

1.3 结构参数识别研究现状

1.4 传感器优化布置研究现状

1.5 本文研究内容

第2章 网架结构单点最优激励位置选取

2.1 动力分析原理

2.2 单点最优激励位置的选取方法

2.3 数值模拟

2.4 本章小结

第3章 单点最优激励位置的有效性验证

3.1 瞬态分析

3.2 频域分布—傅里叶变换

3.3 时频分布—希-黄变换

3.4 本章小结

第4章 网架结构传感器优化布置研究

4.1 传感器优化布置的理论分析

4.2 数值模拟

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢