考虑温度作用的大体积混凝土结构损伤识别

摘要

基于人工神经网络的健康监测是目前工程界比较活跃的研究课题.通过长期的健康与损伤状态监测,获得结构不同状态的参数对结构进行反演分析和对比,判断其损伤状态,采用人工神经网络进行损伤识别是常规的方法.但是现有监测结果缺乏丰富的损伤状态下所需的测量数据,无法满足训练神经网络识别结构损伤的要求;那么采用数值模拟技术建立具有一定精度的结构有限元模型,用该模型模拟不同的损伤部位和损伤类型,给出相应的计算参数作为系统训练的样本,是比较可行而且能取得令人满意结果的方法.对于混凝土大坝等大体积混凝土结构,运行早期的外界温度作用易于对结构产生初期损伤,同时弹性模量随时间的变化对结构早期的健康状态和损伤状态的动力特性有很大影响,这些因素对损伤识别具有不可低估的影响,若被忽略会对损伤识别结果产生误判,因此本文将在建立有限元模型进行损伤识别时重点考虑这些因素.论文采用所编制的结构有限元分析程序建立大体积混凝土结构的三维有限元静力、动力计算模型,考虑温度组合作用对大体积混凝土进行受力损伤分析,在此基础上同时考虑弹性模量随时间的变化计算结构在不同损伤情况下的结构动力特性参数,作为人工神经网络识别系统的训练识别样本,研究其对结构损伤的识别效果,论文采用逐级加载来总结损伤情况的变化,更能接近于实际的结构损伤情况.在论文中对温度场和温度应力程序以及神经网络识别系统都进行了算例的校核.针对大体积混凝土结构不同的损伤类型和损伤部位,基于人工神经网络技术对结构损伤诊断进行研究,本研究建立可以考虑包括环境温度及弹性模量变化在内的多种环境因素和工况影响的人工神经网络结构损伤识别系统ANNDIS,训练其对结构各种情况下健康时和不同部位损伤时各种状态的结构动力特性数值进行识别,研究神经网络

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2大体积混凝土的损伤特点

1.3大体积混凝土结构的损伤模型和损伤分析

1.4基于人工神经网络的结构损伤识别

1.5大体积混凝土结构损伤识别研究现状及面临的问题

1.8本文研究的内容和意义

第二章有限元分析计算模型

2.1结构静力线性与非线性分析模型

2.1.1单元选择

2.1.2材料本构关系和加载准则

2.1.3大体积混凝土结构的损伤分析的两种类型

2.2结构动力特性计算模型

2.3结构静力非线性分析方法

2.3.1概述

2.3.2非线性有限元问题的计算基本方程

2.3.3变Kp法

2.3.4子增量变Kp法

2.4动水压力的计算

第三章温度场和温度应力的计算

3.1温度场的计算理论简介

3.2运行期变温场的计算

3.2.1概述

3.2.2边界条件

3.2.3沿厚度的温度分布

3.3变温应力的有限元分析

第四章变温应力有限元程序的实现和神经网络识别算例

4.1有限元程序FEDA简介

4.2算例分析

4.2.1弹性分析

4.2.2弹塑性有限元分析

4.2.3变温场有限元分析

4.2.4结构动力特性的计算

4.3人工神经网络损伤识别系统ANNDIS

4.3.1人工神经网络的学习训练步骤

4.3.2人工型神经网络损伤识别程序算例

第五章混凝土拱坝考虑变温的应力分析和损伤检测

5.1二滩拱坝工程简介

5.2混凝土拱坝计算模型

5.3混凝土拱坝的温度场计算

5.4混凝土拱坝的静力分析

5.4.1拱坝弹性分析

5.4.2拱坝弹塑性分析

5.5混凝土拱坝动力分析

5.6考虑施工后弹性模量硬化的二滩拱坝的损伤识别

小结

第六章结论

6.1本文主要工作和结论

6.2对进一步研究工作的设想：

参考文献

作者硕士研究生学习期间已发表的论文

致谢