基于振动特征指标与Kriging模型的结构损伤识别方法研究

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1、博士学位论文基于振动特征指标与Kriging模型的结构损伤识别方法研究Studyonstructuraldamageidentificationmethodbasedonvibrationcharacteris—cindexandKrigingmodeltioncaracteristiexanoelC学号：10803029完成日期：大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究

2、成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目建塑亟互垫垒逊塑茎堕盟塑三盈巡塑麴查盗塑建作者签名：j立逸迈日期：兰!三年—L月—生日大连理工大学博士学位论文摘要结构损伤识别一直是土木工程、航空航天、海洋工程等事业的热门研究课题。近半个世纪以来，损伤识别理论和试验技术得到了空前的发展。人们致力于寻找一种实时的、鲁棒的、无损的、高效的结构损伤识别方法。其中，基于振动测试的损伤识别方法引起了学术界和工程界广泛的关注与研究，其基本思路是通过结构损伤引起的动力学特征和响

3、应的变化，来检测损伤的位置，并预测损伤的程度。结构损伤识别属于系统参数辨识的理论范畴，它不仅仅是单纯意义上的对结构功能和性态的诊断和修复，更积极的意义在于使人们重新认识结构的特征，并指导设计人员对以后的类似结构进行改进设计。完整意义上的损伤识别问题包括四个部分，即判断结构是否存在损伤，损伤的定位，损伤定量分析，和评估结构损伤后的剩余服役寿命。本文从损伤的定位和定量分析入手，总结了当前的损伤识别研究进展，将以往的损伤识别方法分为损伤定位检测方法，损伤定量识别方法和结构裂纹识别方法。对连续体结构的损伤识别方法进行了系统地基础性研究，具体工作有以下几个方面：1．概述了当前研究中常用的损伤定位基础指

4、标。针对于不同测量点位置的选取对多损伤区域敏感程度的差异，以频响函数曲率指标为基础，提出了一种多步的检测方法，使用少量的传感器进行多步判定，来提高损伤定位的准确性和可靠性。通过简支梁的有限元数值算例，详细比较了模态曲率方法、柔度曲率方法和基于频响函数曲率的多步判定方法对梁状多损伤结构的识别效果和抗噪能力。最后采用试验建模的技术，对局部减薄的多损伤管道和局部裂纹的单损伤管道进行损伤识别试验研究。2．研究了仅利用损伤后结构的振动特征指标进行损伤定位的方法。根据频响函数虚部与模态柔度的相关性，建立了一种基于频响函数虚部类的损伤定位指标，通过引入间隙平滑方法(GSM)来定位损伤。数值算例比较了模态阵

5、型指标、均匀载荷面指标和频响函数虚部类指标对于板结构多损伤检测的准确性和抗噪声能力，讨论了该指标的优越性。在此基础上，进一步提出了基于Thompson离群点统计分析与间隙平滑方法相结合的损伤定位方法，对噪声引起的偶然性奇异值进行筛选和剔除，从而达到噪声抑制的目的。3．针对于损伤定量识别反演问题的多维度、多极值特点，利用SCE(ShuffiedComplexEvolution)优化算法作为损伤识别的基础。通过建立振动特征指标的目标函数，将损伤定量识别问题转化为优化问题。为了进一步缩短优化迭代的时间，引入了Kriging代理模型的理论。根据SCE算法中的复合型进化过程与Kriging代理模型更新

6、过程的共同特点，将两者结合起来，提出了一种Kriging．SCE算法。使用满足精度准则的Kn咖g基于振动测试的结构损伤识别理论与实验研究代理模型，替代有限元分析过程。对于复合型进化中的当前最优点停滞使得代理模型无法更新问题，给出了一种基于多元正态分布抽样的加点方法，数值和试验算例比较了各个损伤指标构成的目标函数在优化过程中的计算效率。4．提出了基于Kriging代理模型的结构裂纹识别策略。利用初始样本构造Kriging代理模型，建立裂纹模型参数与结构动力响应的关系，来代替原有损伤参数与结构动力响应关系，从而最大程度上减少了在反演优化迭代过程中反复网格剖分和冗繁的有限元计算过程。改进了Krig

7、ing代理模型与SCE算法相结合的识别过程，进一步减少了代理模型更新的次数。使用SCE算法提供的全局最优单点加点准则进行代理模型更新，以改进初始代理模型的在最优解附近的预测精度。详细讨论了初始样本数量对裂纹识别效率及识别结果的影响。该理论对解决板结构上任意裂纹的识别问题具有一定价值。关键词：损伤识别；裂纹识别；连续体结构；Kriging代理模型大连理工大学博士学位论文Studyonstructuraldama