检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：曹建新哈尔滨工业大学

学位级别：博士

梁桥集群是指由城市高架或公路交通线路内多座中小跨径梁桥所构成的结构群。运营环境下桥梁结构响应监测数据是车辆荷载、温度荷载以及收缩徐变等各种耦合作用的综合反应,仅利用单座桥梁结构响应监测数据通常难以有效剔除复杂耦合因素... 详细信息

梁桥集群是指由城市高架或公路交通线路内多座中小跨径梁桥所构成的结构群。运营环境下桥梁结构响应监测数据是车辆荷载、温度荷载以及收缩徐变等各种耦合作用的综合反应,仅利用单座桥梁结构响应监测数据通常难以有效剔除复杂耦合因素对桥梁结构损伤定位的影响,因此,如何实现运营环境下集群内全部桥梁结构的损伤定位是一个具有挑战性的难题。针对上述难题,分别以结构相同的梁桥集群、相似的梁桥集群及缺少健康监测数据的梁桥集群为研究对象,利用梁桥集群结构所受环境及车辆荷载相似的特点,融合集群内多座桥梁结构响应的监测数据,开展了运营环境下中小跨径梁桥集群结构损伤定位方法的系统研究,主要研究内容如下:针对时变环境下结构相同梁桥集群的损伤定位问题,提出集群内相同梁桥结构损伤定位的概率SDDLV(Stochastic dynamic damage locating vector)方法。讨论传统SDDLV方法在单桥损伤定位中的局限性,探索基于梁桥集群结构特性的损伤定位向量构造算法;考虑环境温度时变性的影响,研究基于高斯混合聚类和概率有限元模型的结构应力场计算方法;构建基于损伤定位指标概率特征的损伤定位阈值计算方法,结合假设检验和交叉验证策略,实现集群内结构相同梁桥的损伤交叉定位。相对于传统单桥SDDLV方法,解决了时变环境下仅利用稀疏测点即可完成梁桥上部结构全部区域损伤定位的问题。在前述研究的基础上,为了避免模态参数识别误差,进一步提出集群内相同梁桥结构损伤定位的应变投影差值比方法。利用集群内相同梁桥结构关键受力断面的应变监测数据,研究基于应变投影差值比的桥梁结构损伤定位特征构造算法;讨论所提损伤定位特征的统计特性与桥梁结构相似性程度之间的相互关系,探索算法的适用条件;构建基于损伤特征向量空间夹角的损伤定位指标,进而结合核密度估计与交叉验证策略,实现对集群内全部相同梁桥关键受力断面处微小损伤的交叉定位。相对于传统单桥结构损伤定位方法,该方法可更加有效剔除运营环境对损伤定位精度的影响。在解决集群内相同梁桥结构损伤定位的基础上,针对时变环境下集群内相似梁桥结构的损伤定位问题,提出集群内相似梁桥结构损伤定位的应变时空关联模型方法。理论分析集群内相似梁桥结构之间应变监测数据的时空关联性,揭示应变监测数据间复杂的时变映射关系;探索联合卷积神经网络和长短时记忆网络的深度学习架构,研究梁桥集群结构应变监测数据时空关联模型的构建算法;将该模型作为应变变化趋势预测框架,可有效剔除复杂耦合因素的影响,准确定位集群内全部相似梁桥结构的损伤位置。针对既有相似梁桥集群结构损伤的快速定位问题,提出无参考模型的集群内相似梁桥结构损伤快速定位方法。理论推导移动荷载作用下简支梁桥和连续梁桥的应变时程曲线面积方程;基于集群内不同桥梁各监测分位点处应变时程曲线面积的构成特征,构建基于应变时程曲线面积比的梁桥结构损伤定位指标;探讨归一化损伤定位指标与主梁结构损伤的关系,实现短暂封闭交通下梁桥集群结构损伤的快速定位。该方法不需桥梁历史健康数据和有限元模型作为参考,可将集群内不同位置不同变化幅值的应变时程曲线转化为仅反应结构刚度变化的统一标准化指标,特别适用于长距离梁桥集群工程的结构损伤快速定位。上述研究探索了融合多桥监测数据进行结构损伤定位的思路,对于提高运营环境下梁桥集群结构损伤定位的准确性及精度,实现中小跨径梁桥集群结构损伤定位的实际工程应用具有一定的理论意义与实用价值。

关键词：梁桥集群结构损伤定位概率SDDLV 应变投影差值比时空关联模型

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基于可解释性深度学习方法的海洋平台结构健康诊断研究

基于可解释性深度学习方法的海洋平台结构健康诊断研究

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作者：黄思洋天津大学

学位级别：博士

实现结构损伤识别与位置诊断一直是海洋平台完整性管理技术升级所面对的挑战。近年来,随着数据信息化技术的蓬勃发展,深度学习方法因其在解决诸多高度不确定性问题上的突出表现,已成为建立海洋平台健康诊断算法的重要模型工具。然而,诊... 详细信息

实现结构损伤识别与位置诊断一直是海洋平台完整性管理技术升级所面对的挑战。近年来,随着数据信息化技术的蓬勃发展,深度学习方法因其在解决诸多高度不确定性问题上的突出表现,已成为建立海洋平台健康诊断算法的重要模型工具。然而,诊断算法落地应用所需的某些关键特质,凸显了算法可解释性的需求,具体体现在:1)基于监督学习机制的深度学习模型,样本集涵盖的有限损伤事件是诊断逻辑构建的唯一来源,算法可靠性需要决策机制的解释;2)基于无监督学习机制的算法,需要形成能够指示损伤来源的模型内部表征,对应规律挖掘过程的有效性,同样需要模型可解释性的论证。由此可见,深度学习可解释性是形成健康诊断算法的关键。本文基于一座在役导管架海洋平台结构的损伤诊断问题,探索可解释深度学习方法的引入途径,形成主要研究成果如下: 首先,本文依托一个针对目标平台的二分类损伤识别深度学习模型,建立了算法学习可靠性的评价方法。该评价方法围绕环境耦合关联和结构拓扑逻辑两个角度展开,进一步通过引入高维互信息神经网络估算方法,形成可量化的评价指标。算法可靠性是能够落地应用的关键特性,可靠性评价方法的建立弥补了相关诊断技术的空白,为算法开发提供了有价值的参考和依据。应用上述可靠性评价方法对二分类模型进行分析,结果表明模型表征与期望的解释属性相距甚远,模型难以处理响应信号中错综复杂的纠缠关系,导致模型的决策不可靠。由此本文引入变分自编码器框架,探索在模型层面解耦的架构设计,并通过提出的可靠性评价方法,考察瓶颈层表征的解释属性。经过多种尝试后发现,变分推断在进行解耦时缺乏针对性。由此,本文通过引入对抗学习,建立了一种条件对抗学习模型,模型在训练阶段要求表征能够对抗判别模型对于环境耦合的判定,使其能够针对性地实现与环境因素解耦。诊断算法需要满足结构拓扑逻辑,本文提出一种数据—物理双驱动的全新可解释网络架构。该架构基于物理原理设计网络连接规则,使得解码网络的运算遵循结构拓扑逻辑。经评价方法检验,网络能够获得关联桩腿区域健康状态的表征。进一步的,本文提出一种并行交叉映射的深度学习模型,该模型按照结构响应的正交方向分别建立两个网络,从而可以根据双网络的瓶颈层表征计算相应结构区域的健康半径,进而形成综合全区域的结构健康诊断。该模型的有效性经过了可靠性评价方法和数值模拟数据的检验,进一步通过开展物理模型试验验证了模型的有效性。为考察算法模型的应用性,本文开展了现场的应用实践与智能终端开发,首先对目标平台的现场数据采集系统和清洗过程进行介绍,随后检验诊断算法对现场数据的应用效果,结果显示算法模型展现出了良好的计算稳定性。为服务于现场应用,本文建立了实时交互的智能终端系统,包括对监测数据进行储存和管理的数据管理中心;包含本文提出的健康诊断算法在内的运算集成中心。智能终端可通过云端共享实现数据传输和用户之间的交互。智能终端的建立可为海洋平台的安全生产、科学决策、风险防范提供良好的数据支撑,显示出良好的应用价值和前景。

关键词：海洋平台结构健康监测结构损伤定位深度学习可解释性

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基于结构响应传递比函数的结构识别方法研究

基于结构响应传递比函数的结构识别方法研究

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作者：张欣厦门大学

学位级别：硕士

由于地震、风荷载等激励的不可预测性和随机性,仅依赖监测响应的数据驱动结构识别方法在结构健康监测中具有良好的发展前景。结构的振动响应不仅受到结构自身特性的影响,还与受到的外部激励等一些复杂的因素相关。未知激励下仅利用结构... 详细信息

由于地震、风荷载等激励的不可预测性和随机性,仅依赖监测响应的数据驱动结构识别方法在结构健康监测中具有良好的发展前景。结构的振动响应不仅受到结构自身特性的影响,还与受到的外部激励等一些复杂的因素相关。未知激励下仅利用结构的振动响应来进行结构识别具有重要的意义。结构响应传递比函数反映了结构的响应传递特性,并且不需要外部激励的信息,因此基于传递比函数的结构识别方法在结构健康监测领域引起了更多的关注,已被用于损伤识别和响应识别。结构响应传递比函数可以分为两类,包括局部传递比函数和全局传递比函数。局部传递比函数结合马氏距离测量构建指标已被用于损伤识别,但仅用于识别损伤的发生,没有实现损伤定位。结构应变响应对结构局部损伤很敏感,而基于应变的传递比函数研究少。此外,损伤识别的性能受到所选频带的显著影响,如何选择合适的频带进行损伤识别仍是一个未解决的问题。未知地震激励下,基于应变传递比函数和马氏距离的结构损伤定位研究和基于应变传递比函数返回时域信号的能量及方差的结构损伤定位研究有重要意义。全局传递比函数通常用于表示频域中两组响应向量之间的关系,被广泛用于结构响应识别。已有的基于结构响应传递比矩阵的响应识别方法,在机理上是先对结构未知荷载识别,因而有观测的结构响应数量不少于结构未知荷载数量的局限性,这并不适用于未知风荷载等连续分布荷载作用下的结构响应识别。而基于观测的结构部分响应,识别结构在风荷载下动位移,是实际工程结构抗风安全与舒适性的需要,也是尚未解决的难题。所以,在风荷载输入条件未知,观测部分位置处的动力响应有效准确进行结构的响应识别是一个关键性问题。针对上述问题,本论文拟围绕对震后土木工程结构快速有效的损伤识别和未知风荷载对结构振动响应识别进行研究,主要研究内容如下:第二章研究未知地震激励下,基于应变传递比函数和马氏距离的损伤识别。应变传递比函数用于消除未知地震激励的影响,比传统的传递比函数对局部损伤更敏感。应变传递比函数的马氏距离被用来构建一种新的损伤指标,用来识别损伤位置。通过对外伸梁模型和实际斜拉桥模型数值仿真,验证了该方法无需建立有限元模型,能够准确定位损伤,具有良好的抗噪性,并且在多损伤情况下,该方法可以在一定程度上估计损伤的严重程度。第三章提出了未知地震激励下,基于应变传递比函数返回时域信号的能量及方差的结构损伤定位方法。通过测量结构应变响应的传递比函数消除了不同激励对健康和损伤结构的影响,其中健康结构处于环境激励下,而结构损伤是由未知地震激励引起的。通过对频域传递比函数的傅里叶逆变换,将传递比函数返回到时域信号,避免了以往基于频域的传递比函数识别结构损伤的研究中需要选择合适的频带的问题。最后,根据返回的时域应变信号的能量变化及方差特征构建损伤指标来识别结构损伤位置。通过两个模型的数值算例,证明了该方法的有效性和对噪声的鲁棒性。此外,以振动台试验验证所提方法的良好性能。第四章提出了未知风荷载下,利用结构时域响应传递比矩阵识别结构动位移的方法。研究推导了基于时域的响应传递比矩阵的响应识别,该方法克服已有频域响应传递比矩阵的响应识别方法需要先后进行信号傅里叶变换的不足以及有观测的响应数应不少于未知荷载数的局限问题。由于结构动态位移难以直接测量,而在实际工程结构上容易安装有限数量的加速度或应变传感器,采用结构响应模态分析与模态降阶,将结构部分加速度响应转换为模态加速度,研究时域结构模态响应传递比矩阵识别模态位移,进一步识别物理坐标下的结构动位移响应的方法。最后对二十层剪切框架进行了数值研究,探讨了该方法的精度和效率。在所有研究中,都可以实现精确识别动位移,具备广泛的工程应用前景。

关键词：未知地震激励未知风荷载响应传递比函数结构损伤定位马氏距离能量变化响应识别

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基于监测数据库的海洋结构损伤预警研究

基于监测数据库的海洋结构损伤预警研究

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作者：张上赐大连理工大学

学位级别：硕士

海洋平台是开采海洋资源的基础设施,经过常年累月的服役后,平台容易出现部件老化、腐蚀甚至断裂等结构损伤。通过对海洋平台进行健康监测并在结构损伤进一步扩大前及时发现并预警,能够有效保障海洋平台结构和工作人员的安全。目前,针对... 详细信息

海洋平台是开采海洋资源的基础设施,经过常年累月的服役后,平台容易出现部件老化、腐蚀甚至断裂等结构损伤。通过对海洋平台进行健康监测并在结构损伤进一步扩大前及时发现并预警,能够有效保障海洋平台结构和工作人员的安全。目前,针对海洋平台损伤的主流研究方法是在采集结构响应数据的基础上分析结构模态参数的变化以判断损伤的发生,其优势在于只需要对少量的数据进行分析,但容易受环境噪声的影响导致判断结果不准确,如果能够在大量监测数据的基础上,将智能的方法应用到该领域中,可以提高损伤识别的准确率和鲁棒性,增强方法的实用性。本文以真实的海洋平台长期监测数据为依托,将传统方法中的模态参数提取方法与智能学习方法相结合。首先使用小波包分解和希尔伯特黄变换两种时频域分析方法从结构响应数据中提取损伤敏感特征,分析了两种方法的优缺点,并进一步通过对比试验筛选出小波包分解方法中适合于海洋平台监测数据分析的小波函数和分解层数。其次,针对海洋平台监测数据无显式样本标签这一情况,使用无监督的模糊均值聚类算法和单分类支持向量机算法,成功识别出二自由度动力仿真系统中模型参数的变化,并将两种方法结合提出一种两阶段损伤识别方法,解决了当前诸多研究方法由于需要数据标签而无法直接应用于真实平台损伤识别中的问题,该方法能够成功识别出浮式生产储油卸油(FPSO)平台出现的损伤。然后,在识别出结构发生损伤后,进一步研究损伤的定位问题,在复杂结构中,不同损伤位置可能引发相似的结构固有特性变化,使得从单一传感器的监测数据中无法准确分析出损伤位置,因此,本文以传感器阵列为基础,为每个位置的传感器都训练独立的损伤判别模型,通过比较各个模型的预测结果,能够对网格钢梁结构的损伤位置进行大致定位。为了进一步提高定位的精度,将自编码卷积神经网络应用到损伤定位中,有效提高了模型对真正发生损伤位置的识别准确率,并降低其他未发生损伤位置的误报比例。最后,将结构损伤识别方法集成到海洋平台监测数据管理系统中,实现了监测数据管理、可视化查询、特征分析和损伤预警一体化。

关键词：海洋平台结构损伤识别结构损伤定位机器学习卷积自编码神经网络

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基于PXI平台的加筋板结构损伤定位系统

基于PXI平台的加筋板结构损伤定位系统

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第十六届华东固体力学学术会议

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基于小波神经网络方法的桥梁结构损伤识别研究

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应用数学和力学 2016年第2期37卷 149-159页

作者：肖书敏闫云聚姜波澜西北工业大学力学与土木建筑学院西安710129 广东省建工设计院有限公司广州510000

桥梁结构在服役期间会承受复杂的荷载,长期使用会不可避免地出现各种损伤.若这些损伤不能被及时发现和适当处理,将有可能造成严重的事故.因此,桥梁结构的局部小损伤识别对于其及时检修有重要意义.通常,损伤结构的全局动态特性测试可能... 详细信息

桥梁结构在服役期间会承受复杂的荷载,长期使用会不可避免地出现各种损伤.若这些损伤不能被及时发现和适当处理,将有可能造成严重的事故.因此,桥梁结构的局部小损伤识别对于其及时检修有重要意义.通常,损伤结构的全局动态特性测试可能对局部的结构损伤不敏感,特别是对小损伤,这就需要从结构动态响应信号中提取对损伤更敏感的特征量.建立了桥梁结构的有限元模型并进行动力特性分析;采用小波包分析方法处理结构动态响应信号以构造结构损伤指标,并结合结构损伤指标和人工神经网络方法进行桥梁结构的损伤定位.

关键词：结构损伤定位损伤指标小波包能量差损伤大样本空间人工神经网络

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一种基于柔度的结构损伤定位新方法

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噪声与振动控制 2009年第6期29卷 40-43页

作者：康兴无陈世健刘勇马慧娟第二炮兵工程学院五系西安710025

针对现有基于柔度变化的损伤定位方法在理论上仍存在错误定位的可能,从结构刚度矩阵与柔度矩阵的正交性出发,结合矩阵摄动理论及有限元理论,提出一种新的基于柔度变化的结构损伤指标,此方法仅需要结构的前几阶模态参数即可实现准确的损... 详细信息

针对现有基于柔度变化的损伤定位方法在理论上仍存在错误定位的可能,从结构刚度矩阵与柔度矩阵的正交性出发,结合矩阵摄动理论及有限元理论,提出一种新的基于柔度变化的结构损伤指标,此方法仅需要结构的前几阶模态参数即可实现准确的损伤定位。通过一平面桁架结构的数值模拟证明该方法的有效性、优越性,该方法有望用于复杂结构的损伤定位分析中。

关键词：振动与波结构损伤定位柔度刚度矩阵摄动理论桁架结构

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基于固有频率的损伤定位方法及其稳定性的研究

基于固有频率的损伤定位方法及其稳定性的研究

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2010国际农业工程大会

作者：刘天亮尚德广陈宏北京工业大学机械工程与应用电子技术学院

本文通过振动响应的模态分析和有限元模拟探讨了结构损伤定位方法。对于小损伤,固有频率变化平方比独立于损伤程度仅是损伤位置的函数,可以直接用来对小损伤结构的损伤定位。运用ABAQUS对汽车用钢板悬臂试件进行了有限元模态分析,并且... 详细信息

本文通过振动响应的模态分析和有限元模拟探讨了结构损伤定位方法。对于小损伤,固有频率变化平方比独立于损伤程度仅是损伤位置的函数,可以直接用来对小损伤结构的损伤定位。运用ABAQUS对汽车用钢板悬臂试件进行了有限元模态分析,并且通过东华的DH5922分析系统进行了模态实验测试,验证了该方法的准确性和稳定性。

关键词：结构损伤定位有限元模拟固有频率准确性稳定性

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两种结构损伤定位方法比较

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低温建筑技术 2005年第5期27卷 59-60页

作者：薛景宏逯广东孙建刚大庆石油学院土木建筑工程学院

以悬臂梁为研究对象,在其上进行损伤模拟,利用基于频率变化率比值和基于振型变化率的损伤定位方法进行单损伤和多损伤定位,并对它们的定位效果进行了比较。

关键词：结构损伤定位频率变化率比值振型变化率

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基于等效剪切刚度的框架结构损伤识别研究

基于等效剪切刚度的框架结构损伤识别研究

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作者：程亮哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

建筑物投入使用后,受环境影响及人们需求的日益提高,其安全性与适用性都会逐渐降低。为了保证人民的生命财产安全与维持正常的使用功能,必要时需对其进行维修、加固甚至改造,因此需要一定的有关结构损伤的量化资料。肉眼的观测、简单仪... 详细信息

建筑物投入使用后,受环境影响及人们需求的日益提高,其安全性与适用性都会逐渐降低。为了保证人民的生命财产安全与维持正常的使用功能,必要时需对其进行维修、加固甚至改造,因此需要一定的有关结构损伤的量化资料。肉眼的观测、简单仪器的检测可以发现构件局部出现的裂缝、腐蚀等破坏,但是这些工作都无法从全局上来把握结构、构件的破坏情况。基于结构动力参数的损伤识别方法可以弥补这一缺陷,这方面的研究在近数十年里得到了较大的发展。然而遗憾的是,绝大多数方法都侧重于具体构件的损伤研究。由于建筑结构具有体型大、结构试验复杂、实测数据随机性强等特点,使得这些理论上完全可行的方法在实际应用中却遇到了困难。考虑到构件损伤会引起结构整体量(如侧向刚度)的改变,且对于一“遍体鳞伤”的建筑结构而言,损伤定位并不是最主要的目的,加固改造时更关心的是其损伤程度。换言之,抛开结构具体构件,转而从结构整体角度来研究损伤,更具实用性。基于此,本文提出了一种从“结构层”这一整体层次来进行结构损伤识别的方法——基于等效剪切刚度的损伤识别方法。具体研究内容如下: 1、研究了层等效剪切模型的理论意义以及结构各阶振型对应的等效剪切刚度的推导过程,并从理论与实用两个角度来考虑前几阶振型的综合效应,为损伤识别指标奠定理论基础; 2、基于等效剪切刚度概念,依次研究了平面纯框架结构、悬臂剪力墙结构、框架-支撑结构以及框架-剪力墙结构的损伤定位方法,并采用大量数值算例验证了所提出的新方法在损伤定位与损伤构件类型判断上的有效性; 3、研究了损伤处数较少时具体构件损伤程度评定的理想化方法,并提出了基于层综合抗侧移刚度的结构整体损伤程度评定的实用方法。本课题的研究内容作为一种新的损伤识别方法,具有较强的理论与实际工程意义。

关键词：平面框架结构等效剪切刚度结构损伤定位结构损伤程度评定数值分析

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