土木工程结构参数识别时域法研究

摘要

土木工程结构参数识别理论是为工程结构建立健康监测系统、进行损伤识别与状态评估工作的基础，对维护现役结构的安全与正常运营有重要的意义。本文主要围绕识别结构物理参数的时域法展开讨论，旨在基于对结构动力响应时程的量测数据，识别出能够反映结构实际状态改变的特征物理参量。 本文首先归纳了时域物理参数识别问题的基本理论与主要研究方法，为本文的后续研究工作构建了基本的理论框架。继而在一种已有的参数识别算法的基础上提出一种改进算法，其基于结构有限元模型与灵敏度分析方法，可以在未知输入激励条件下识别出单元水平的物理参数，并具有更高的计算效率。本文还进一步提出如何应用该改进的识别算法识别子结构的特征参数、以及非线性参数系统中的参数，这些扩展理论对于提高识别计算效率、减轻识别前的响应量测与数据准备工作量、以及扩大识别算法所适用的结构类型的范围是很有意义的。 为了阐明上述识别理论的实际工程应用，并检验其识别效果，本文以数值仿真方式识别了四种类型的工程结构，同时讨论了对结构有限元模型的阻尼的处理以及未知激励的各种作用形式对识别结果的影响。算例证明了上述识别理论可适用的结构类型很广，包括大规模结构、子结构、平面应力状态下的结构等，并能够在未知输入条件下、基于无噪声的时域内动力响应量测数据，高效、准确地识别出单元水平的物理参数。 由于实际识别问题中通常会包含一定水平的量测噪声，因此有必要进一步增强识别算法抵抗噪声干扰的能力。鉴于识别问题的严重病态性，本文应用了一类正则化方法以及完全最小二乘方法，同时基于适当的正则化参数选取策略，求解包含一定水平扰动的识别方程。文中首先总结了将正则化方法用于结构参数识别问题的基本思路与步骤；进而由识别算例阐明了正则化解法的具体应用。识别结果证明通过将正则化或者完全最小二乘方法结合入原有识别理论，可以在一定水平噪声条件下仍获得参数的合理估计。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1本课题的背景与研究意义

1.2系统识别与结构参数识别的基本概念

1.3结构参数识别算法简介

1.4本文的主要研究内容

第二章基于有限元模型参数化的时域识别理论

2.1参数识别的时域法基本原理

2.2时域识别问题中的结构有限元模型

2.3模型修正法与有限元模型参数化

2.4未知输入激励下的参数识别研究

2.5基于反应力向量灵敏度的模型参数化方法

2.6一种改进的有限元模型参数化算法

2.7改进算法的子结构识别应用

2.8非线性参数系统识别的线性化算法

2.9本章小结

第三章时域物理参数识别理论的应用

3.1空间刚架结构识别

3.2平面桁架桥结构识别

3.3大型空间网壳结构识别

3.4剪力墙结构识别

3.5本章小节

第四章参数化识别方程的正则化解法

4.1离散不适定问题

4.2正则化与完全最小二乘方法

4.3正则化参数的选取方法

4.4正则化方法用于结构参数识别

4.5本章小结

第五章结论及展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢