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结构健康监测传感器优化布置的混合算法

对于结构健康监测和损伤检测,目前主要依赖对结构动力特性的测试分析,因此,模态测试技术就成为损伤检测的主要手段.在测试模态时,需要确定测点的布置,这既需要测点数目,也需要知道布点位置.近20年来,人们对于大型柔性结构(主要为航空、航天中的空间结构)中传感器、作动器的最优布置问题进行了广泛的研究,提出了许多测点优化的计算方法[1~3].最简单的传感器布置方法就是依据工程师们的工程经验.通常选择一些感兴趣的振型,同时将传感器布置在结构反应值较大的测点.这种方法只对一些简单的结构有效,需要结构工程师有丰富的先验知识以及对结构特性的深刻分析.还有一种是模态动能法[4],是针对每一个目标振型绘出各自的模态动能分布图,然后将传感器布置在模态动能较大的位置.其原理就是模态动能分布图中较高的位置由于运动能较大而成为较好的传感器测点.Kammer对大型空间结构传感器布置提出了一种有效独立法[5].该法首先根据对目标模态分量线性独立性的贡献进行传感器...  (本文共6页) 阅读全文>>

长安大学
长安大学

基于EI及MAC混合算法的传感器优化布置研究

传感器优化布置作为结构健康监测系统的关键问题之一,对数据采集的有效性有着至关重要的影响。本文总结3种主流传感器优化布置方法和1种混合算法;在基于有效独立法选取初始测点的基础之上,结合序列法的特点,提出2种新的混合算法,揭示以上共6种算法的相互联系,从理论上有效地将两者的优点结合起来。基于MATLAB平台开发传感器优化布置工具箱,提供友好的GUI操作界面,工具箱涵盖4种优化算法和本文提出的2种优化算法,通过一座带悬臂的简支梁验证程序的正确性和实用性,以及2种新的混合算法的适用性,结果验证基于EI法的逐步消减法能够得到满意的优化结果。最后,将本文的成果应用于2座三跨连续刚构桥,结果再次验证基于EI的逐步消减法的实用性,优化算法能够得到满意的结果。同时探讨结构损伤后,基于损伤前和损伤后模态数据的传感器优化布置结果的不同之处,以及引起这些差异的原因,模拟结果证明按照损伤前模态数据得到的传感器优化布置结果具有良好的鲁棒性,对工程应用具有一...  (本文共81页) 本文目录 | 阅读全文>>

青岛理工大学
青岛理工大学

大跨度空间网格结构健康监测中传感器优化布置方法研究

大跨度空间网格结构具有受力合理、重量轻、造型丰富美观、综合技术经济指标好的特点,因而被广泛应用于各类大型重要建筑中。由于各方面因素之间的耦合作用会不可避免地导致结构系统的损伤积累和抗力衰减,极端情况下会引发灾难性的突发事件。因此必须采取措施对重要的建筑物进行健康监测,将建筑物的健康状态进行实时监控,尽量避免由于建筑物因损伤积累等原因发生破坏而造成财产损失和人员伤亡。近年来,大跨度空间钢结构的健康监测越来越受到人们的重视和研究,而传感器优化布置是健康监测的首要任务,是健康监测系统有效运行的关键因素之一。本文主要是针对空间网格结构健康监测系统中传感器优化布置问题进行研究,具体内容如下:(1)介绍了传感器优化布置准则和方法。传感器的优化布置准则主要包括:识别误差最小准则、模态应变能准则、模态保证准则、模型缩减准则、插值拟合准则;传感器优化布置方法主要包括:序列法、MAC方法、有效独立法、随机类方法。随着信息技术的广泛应用,智能算法得到...  (本文共111页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

基于模态观测的结构健康监测的传感器优化布置方法研究

传感器优化布置是设计结构健康监测系统的关键问题之一,它对数据采集的有效性有着至关重要的影响。考虑到实际工程场地条件和经济条件等因素,只能在结构有限的位置上布置相对较少的传感器,因此监测传感器的布设应该满足以下两个目标:第一,最大程度地反映结构系统的信息,第二,对结构状态退化足够敏感。本文针对目前土木工程结构健康监测中传感器优化布置存在的若干问题,包括模态可观测性与损伤可识别性的不一致、性能矩阵与优化准则的适应性、反问题的不适定性、选取合适的模态数目、结构反应的敏感性与系统鲁棒性的矛盾、具有扭转自由度的结构传感器优化布置等进行了系统的研究,研究主要包括以下几个方面内容:一、提出了基于模态可观测性与损伤可识别性相协调的Fisher信息矩阵,并研究了其与优化准则的适应性。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及振型与损伤灵敏度之间的关系。根据Fisher信息熵原理,建立了同时包含模态振型信...  (本文共160页) 本文目录 | 阅读全文>>

中南大学
中南大学

软计算研究及其在桥梁健康监测与状态评估中的应用

大型桥梁健康监测与状态评估的难点之一是如何有效的处理大量监测信息并对桥梁运营状态做出合理评估,主要体现在反问题的不适定性、组合优化的计算复杂性、评估的不确定性、信号的非平稳性等方面。在求解这些问题方面,以二元逻辑、线性系统等为基础的传统求解方法存在不足,因而迫切需要发展新的、有效、实用的方法。软计算(Soft Computing, SC)是集成了人工神经网络、群智能优化及不确定性推理的一类方法,在数据反演、全局非线性优化、决策分析、并行计算等方面具有较大优势。本文在研究其基本理论的基础上,结合桥梁健康监测与状态评估,对其中主要的决策和识别问题进行了系统的探索研究。主要工作和研究内容如下:(1)引入了软计算方法基本概念和特征,重点介绍了群智能优化算法。基于所建立的Benchmark优化模型,对群智能优化算法的性能进行了对比数值实验分析。(2)对传统BP神经网络进行了改进。引入自适应学习率和局部最优检测算子,增强了网络全局最优性,并...  (本文共164页) 本文目录 | 阅读全文>>

《科学技术与工程》2019年06期
科学技术与工程

基于混合算法的机翼多功能盒段传感器优化布置

由于飞行环境复杂容易出现结构损伤,导致飞机服役寿命的减少,因此需要在线的结构健康监测来发现结构损伤,保障结构安全。对结构进行健康监测的一个必要条件就是要能够获得结构在工作状态下的各种有关数据信息,而这些信息是通过布置在结构上的传感器采集获得的。只有当通过传感器采集到足够的、准确的结构信息,才能对结构的状态进行评估,以此来对结构进行维护维修,增加结构服役寿命[1]。对传感器系统的研究工作主要在三个方面开展:传感器的类型、传感器的布置数量及传感器的布置位置。结构上布置的测点越多越能反映出结构振动特性,并可以尽可能多地提供结构状态信息[2]。但是传感器数量的增加也将不可避免带来测试设备、测试成本的增加,并且受限于传感器的大小和类型以及具体结构,导致某些位置无法布置传感器[3]。因此,在传感器布置方案中,传感器的布置位置尤为重要。其目标是在有限测点中,能够最大化地采集结构状态信息,因此传感器的优化布置研究成为国内外学者关注的热点[4]。...  (本文共6页) 阅读全文>>