面向结构损伤识别的传感器优化布置方法研究

摘要

基于结构动力特性改变的损伤识别方法是结构健康监测的核心内容，而传感器系统是结构损伤监测的关键之一。本文针对基于结构动力特性改变的损伤识别方法，研究了传感器的优化布置问题。具体内容如下：
　　研究和比较了各种基于模态测试的传感器优化布置方法，并直接利用优化位置处的传感器测得的不完备模态，采用遗传算法进行损伤识别；分别针对质量和刚度分布均匀和分布不均匀的简支梁，仿真分析和比较了不同传感器优化布置方法的差异和相应的损伤识别效果。
　　针对复杂结构的损伤识别，研究了针对结构单元损伤识别的灵敏度分析方法和采用灵敏度矩阵进行传感器优化布置的方法；提出了以部分重点单元为监测对象的传感器优化布置方法。通过对一个桁架的仿真算例表明，通过该方法布设的传感器能够有效地识别出损伤。
　　最后，针对单损伤情况，通过对结构模态参数的分析，研究了与损伤程度无关的损伤定位参数；通过该参数先进行损伤定位，然后进行损伤定量，损伤识别结果具有很高的精度。

目录

面向结构损伤识别的传感器优化布置方法研究

STUDY ON OPTIMUM SENSOR PLACEMENT FOR STRUCTURAL DAMAGE DETECTION

摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题背景、目的及意义

1.2 损伤识别方法的研究进展

1.2.1 基于固有频率变化的损伤识别方法

1.2.2 基于振型变化的损伤识别方法

1.2.3 基于柔度变化的损伤识别方法

智能损伤识别方法

其它方法

1.3 传感器优化布置的研究进展

1.3.1 基于模态分析的传感器优化布置准则的研究进展

1.3.2 基于灵敏度分析的传感器优化布置准则的研究进展

1.3.3 传感器优化布置的计算方法

1.4 本文主要研究内容

第二章 基于模态分析的传感器优化布置

2.1 引言

2.2 基于模态分析的传感器优化布置准则和方法

2.2.1 模态动能法(Modal Kinetic Energy-MKE)

2.2.2 平均模态动能法(Average Modal Kinetic Energy-AMKE)

2.2.3 加权平均模态动能法(Weighted version of AMKE-WAMKE)

2.2.4 有效独立法(Effective Independence-EI)

2.2.5 基于QR分解的传感器优化布置

2.2.6 基于MAC非对角元值最小和提高Fisher信息阵迹综合能力的传感器优化布置方法

2.3 基于遗传算法的结构损伤识别

2.3.1 基于遗传算法的结构损伤识别简介

2.3.2 基于遗传算法的结构损伤识别结果的求解

2.4 数值仿真算例

2.4.1 仿真算例1

2.4.2 仿真算例2

2.5 本章小结

第三章 基于灵敏度分析的传感器优化布置

3.1 引言

3.2 特征向量灵敏度分析

3.3 传感器优化布置方法

3.4 仿真算例1

3.4.1 对结构的全部单元进行传感器优化布置

3.4.2 对结构重点单元进行传感器优化布置

3.5 与损伤程度无关的特征向量灵敏度分析

3.6 结构损伤识别方法

3.6.1 损伤位置的确定

3.6.2 损伤程度的确定

3.7 仿真算例2

3.8 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致谢