基于信息熵和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法研究.pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷的最常見情況就是裂縫，判斷結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)損傷以及損傷位置和程度已經(jīng)成為了研究熱點(diǎn)。在已有的損傷檢測(cè)方法中考慮線性因素的較多，但是在結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用過程中，非線性因素一直影響著損傷識(shí)別的精度。結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)裂縫后，由于裂縫在振動(dòng)過程中的“張合”，使結(jié)構(gòu)的剛度不斷發(fā)生變化，這也使得結(jié)構(gòu)的非線性較為明顯。如何采用合理的模型模擬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后的動(dòng)力性能顯得更加重要。
　　 本文首先介紹了土木工程損傷識(shí)別的背景及意義，并詳細(xì)列舉

2、了現(xiàn)有的損傷識(shí)別方法，并對(duì)智能檢測(cè)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)介紹。在現(xiàn)在已出現(xiàn)的識(shí)別方法中，在建立模型時(shí)大多是考慮以線性因素為主的影響，但是在實(shí)際結(jié)構(gòu)工程中，結(jié)構(gòu)中存在著大量的非線性因素，如由應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系引起的材料非線性，彈性大變形引起的幾何非線性，約束邊界條件變化引起的邊界非線性等。
　　 其次介紹了信息熵的基本理論及相關(guān)性質(zhì)，并定義了小波時(shí)間熵，介紹了相關(guān)的計(jì)算方法。以單自由度系統(tǒng)為例，計(jì)算在脈沖激勵(lì)作用下線性系統(tǒng)和非線

3、性系統(tǒng)的加速度響應(yīng)，計(jì)算其對(duì)應(yīng)的小波時(shí)間熵值，并以此作為分析指標(biāo)。通過分析比較單自由度系統(tǒng)加速度響應(yīng)的小波時(shí)間熵曲線，運(yùn)用小波時(shí)間熵很好地識(shí)別單自由度系統(tǒng)的非線性及非線性程度。
　　 本文在簡(jiǎn)支梁數(shù)值模擬中，建立考慮“呼吸”效應(yīng)的裂縫模型。裂縫在振動(dòng)過程中的“開合”影響簡(jiǎn)支梁剛度，并由此加強(qiáng)了鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的非線性。本模型以接觸的幾何非線性模擬實(shí)際使用過程中簡(jiǎn)支梁的裂縫開合情況，算得簡(jiǎn)支梁在脈沖激勵(lì)作用下的加速度響應(yīng)，并計(jì)算出

4、相對(duì)小波熵值，通過熵值曲線可以有效判斷簡(jiǎn)支梁是否發(fā)生損傷，并且能大概判斷損傷的位置及損傷程度，但是其缺點(diǎn)是不能準(zhǔn)確定位及定量確定損傷程度。
　　 最后，為了能夠準(zhǔn)確的判斷簡(jiǎn)支梁的損傷位置及損傷程度，本文構(gòu)建了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)較強(qiáng)的非線性能力以及容錯(cuò)性進(jìn)行判斷。當(dāng)不同深度裂縫出現(xiàn)在不同位置時(shí)，采集各節(jié)點(diǎn)的加速度響應(yīng)，并計(jì)算損傷梁對(duì)應(yīng)完好梁的相對(duì)小波熵值，以此作為輸入來訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。從識(shí)別結(jié)果來看，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)