基于小波與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)損傷識別研究.pdf

1、在近十年的時間里，城鄉(xiāng)人口流動量大大增加，現(xiàn)有的公路、橋梁等建設(shè)已不能的滿足人口流動的需求。隨著“十三五”規(guī)劃的提出，各種橋梁、公路等建設(shè)處于前所未有的發(fā)展中，為我國交通運輸、經(jīng)濟增長打下了堅實的基礎(chǔ)。但是，在經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，正在建或已建成的各項交通運輸工程在施工、設(shè)計、質(zhì)量等方面出現(xiàn)了一系列的安全問題。
　　在諸多橋梁結(jié)構(gòu)中，梁橋是占有至關(guān)比例的橋型，在公路運輸與城市交通中使用是最多的。不同形式的梁作為梁橋中的主要構(gòu)件，不

2、斷承受著車輛荷載、人行荷載、風(fēng)雨荷載等各種動、靜荷載的綜合作用。在這些荷載的長期作用下，梁在工作運營當(dāng)中必定會受到不同程度的損傷，并且會隨著時間推移，損傷的位置與損傷的程度均會有不同程度的發(fā)展。而當(dāng)這些損傷發(fā)展到一定程度的時候就會導(dǎo)致梁體本生的剛度大幅度下降，乃至對整個橋梁的征程運營帶來安全隱患。由損傷帶來的結(jié)構(gòu)破壞往往是脆性破壞，這種破壞是毫無征兆的破壞，會導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故，造成嚴(yán)重的社會影響以及無法估計的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此，

3、很有必要對在役橋梁制定完備的健康監(jiān)測系統(tǒng)，適時監(jiān)測其運營狀況。并通過大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)評估橋梁的現(xiàn)有健康狀況，其中最重要的工作就是進(jìn)行損傷識別判定。本文將利用小波變換與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對簡支梁進(jìn)行損傷識別診斷，其主要原理是:利用有限元計算軟件MIDSA CIVIL建立結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值模型，通過動力分析得到結(jié)構(gòu)的前5階模態(tài)參數(shù)。然后運用MATLAB軟件中的小波和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，對梁的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析。最后確定損傷識別的位置及損傷程度。主要研究內(nèi)容及結(jié)論

4、如下:
　?、俦疚脑谇誓B(tài)基礎(chǔ)上，利用小波變換能夠在不同尺度下對結(jié)構(gòu)響應(yīng)中的突變信號進(jìn)行放大和識別的特點，提出了一種基于小波變換的結(jié)構(gòu)損傷識別方法。對所建結(jié)構(gòu)數(shù)值模型采用單元剛度降低的方法進(jìn)行單一損傷、多處損傷的損傷模擬。然后利用有限元軟件MIDSA CIVIL獲取結(jié)構(gòu)在損傷狀態(tài)下的固有頻率，并用差分法求得所對應(yīng)的曲率模態(tài)。最后利用用小波分析得出曲率模態(tài)差的小波系數(shù)圖象。通過對小波系數(shù)曲線圖的突變點進(jìn)行識別，從而判定損傷的位置以

5、及損傷的程度。
　?、谌斯ぴO(shè)置5類損傷工況，對收集到的前5階頻率模態(tài)跟隨不同損傷工況下的變化建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，并對其進(jìn)行訓(xùn)練。然后，將未知損傷工況設(shè)于梁中，利用訓(xùn)練優(yōu)化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行損傷識別，發(fā)現(xiàn)能夠很好的定位損傷發(fā)生位置。最后，針對損傷程度的識別，同樣建立5階頻率模態(tài)參數(shù)樣本，建立針對損傷程度識別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置隨機損傷程度參數(shù)，利用訓(xùn)練優(yōu)化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對梁的損傷程度進(jìn)行判別，發(fā)現(xiàn)識別誤差均控制在5％的范圍