基于灵敏度有效独立的传感器优化布置-研究

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1、摘要传感器的优化布置作为桥梁健康监测的重要环节，一直以来都广泛受到人们的关注，关于传感器优化布置问题的研究和探讨也从没间断过，但是到目前为止还没有任何一种方法可以非常完美的达到传感器优化布置的目的。现有的方法或多或少存在一些缺点，没有精确的测试数据，何来对结构的准确评价。本文以桥梁结构健康监测传感器的优化布置为研究对象，主要进行了以下工作：一、提出基于灵敏度有效独立的传感器优化方法，并从理论上推导了该方法的可行性。与以往传统优化方法相比，该方法在传感器输出方程里增加了损伤的灵敏度系数，使优化结果包含损伤信息，是一种考虑动态变化的传感器优化过程，更加接近桥梁结构实际的使用状态，并对桥

2、梁结构损伤更加敏感。通过数值模拟发现，该方法优化布置出的传感器测点在理论上将获得较为全面的损伤信息，同时保持了结构振型的正交性，为评价结构的实际使用功能和安全性提供准确的信息。二、提出基于度量的模态数目选取方法，该方法在传感器优化布置模态数目选取时，通过度量振型向量之间的“贴近度”来考察各阶振型，并将选取的模态数值化，与以往单纯依靠经验选取模态数目相比更加科学客观。三、应用MATLAB软件编写计算程序，对某铁路桁架桥梁进行传感器优化布置，将优化布置结果与有效独立法、灵敏度系数法等方法的优化结果进行对比，并运用传感器优化评价准则评价三种布置方案。结果表明，本文提出的传感器优化布置算法

3、不论是在保持振型向量的正交性方面，还是在对未知测点的预测方面都明显优于其他方法，并且该方法理论合理，方便可行，具有一定的实际应用价值。关键词：健康监测，传感器优化布置，模态可观测性，损伤识别，模态振型iAbstractAsanimportantpartofthebridgehealthmonitoring,theoptimalplacementofthesensorhasbeenwidelyattentionsbypeople.Andthestudyanddiscussionabouttheoptimalplacementofthesensorhaveneverbeenstoppe

4、d,butnowtherearenotanywaysthantcanperfectlyachievethepurposeofoptimalsensorarrangement.Therearesomeshortcomingsmoreorlessintheexistingmethods.Ifnoaccuratetestdata,howwecanmakeanaccurateevaluationforthestructure.Inthispaper,itisastheobjectofstudythattheoptimizationofsensorsarrangementinthebridg

5、estructuralhealthmonitoring,andsomeworkhasbeenproceededinthefollowingarticle.First,it'sproposedbasedoneffectiveindependence-thesensitivitycoefficientofsensoroptimizationmethod,thefeasibilityofthismethodisprovedtheoretically.Comparedwiththeprevioustraditionaloptimizationmethods,thesensoroutputi

6、ncreaseddamagesensitivitycoefficientintheequation,theoptimalinformationcontainstheresultoftheinjury,isakindofconsideringthedynamicchangesofsensoroptimizationprocess,theuseofthismethodismoreclosetotheactualbridgestructurestate,andmoresensitivetobridgestructuredamageidentification.Foundthroughex

7、amples,theoptimalplacementofthemethodinthetheoryofthesensormeasurementpointsforcomprehensivedamageinformation,andkeepthestructureoftheorthogonalityofthevibrationmode,toevaluatetheactualusefunctionandsafetyofthestructuretoprovideaccurate