未知激勵下結構實時損傷診斷與振動控制結合.pdf

1、結構實時損傷診斷是一項重要且有意義的課題，未知激勵下的結構實時損傷診斷更是一項富有挑戰(zhàn)性的課題。大多數(shù)結構損傷識別方法只針對時不變系統(tǒng)進行參數(shù)識別，而沒有在線追蹤時變系統(tǒng)參數(shù)的變化。
　　本文第二章針對時變系統(tǒng)提出一種未知激勵下結構實時損傷識別的時域算法，利用部分觀測的加速度響應信號對結構的損傷進行在線追蹤。實際上，結構局部單元剛度的突然變化，將會最先導致其單元周圍的加速度的突然變化，而這種由于局部單元損傷造成的影響將會過一段時間

2、才能在距損傷發(fā)生單元較遠的單元中體現(xiàn)出來。實時損傷識別包括三個階段:第一階段基于擴展卡爾曼預測算法識別結構的動力響應和物理參數(shù)，并利用最小二乘算法估計未知外部激勵;第二階段利用預測估計得到的預測加速度與觀測加速度間誤差的突變來判斷結構剛度參數(shù)發(fā)生突變的時刻和結構可能發(fā)生損傷的單元;第三階段通過求解有約束的優(yōu)化函數(shù)得出發(fā)生損傷的確切單元和損傷程度，并在線更新結構剛度參數(shù)以繼續(xù)進行實時結構參數(shù)識別。通過數(shù)值模擬并應用臺灣大學Chin-Hsi

3、ungLoh教授提供的三層鋼框架結構損傷實驗的數(shù)據(jù)對該算法進行驗證，計算結果表明這種方法能夠在未知外部激勵的作用下，能有效的在線追蹤結構剛度參數(shù)的突變和識別未知激勵，并具有良好的抗噪性。
　　由于隨自由度的增多，將復雜結構作為一個整體進行識別會大大降低計算效率，使精度變差。因此本文第三章引入子結構的方法，將一個自由度數(shù)目較多的整體結構劃分為若干子相對獨立的子結構，各子結構在公共邊界的節(jié)點處相連接，對每個小結構分別進行實時的損傷識別

4、，其中子結構間的相互作用力可視為施加給結構的“附加未知激勵”，此“附加未知激勵”可由相鄰子結構的相關信息進行計算后得到傳遞，因此相鄰子結構界面自由度響應無需觀測仍能精確識別。該方法可用于子結構界面自由度響應不觀測的情況。提高了傳感器布置的靈活性，在減小傳感器布置難度的同時也減少了布置傳感器所需的費用，較經濟實用。通過一未知激勵下大型桁架劃分為兩個子結構分別進行實時損傷追蹤的數(shù)值算例，驗證觀測信息不完備情況下該方法的有效性和可靠性。

5、>　　大多數(shù)結構健康監(jiān)測系統(tǒng)和振動控制系統(tǒng)都是分開實施而不是在線進行的。由于對結構進行振動控制時，結構的物理參數(shù)往往因施工、使用年限等原因不能精確得到，因此會使結構的振動控制效果大打折扣，且將這兩項系統(tǒng)分開實施較耗費成本。針對這一問題本文第四章提出一種新的結構損傷追蹤和瞬時最優(yōu)控制實時相結合的時域算法。在對結構加速度響應信號部分觀測的情況下，在線完成對結構的系統(tǒng)識別包括動力響應和物理參數(shù)的識別，未知外部激勵的識別，同時在線追蹤結構的損傷