本文關(guān)鍵詞：基于SHMS的大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識別及有限元模型修正

  更多相關(guān)文章： 大跨度懸索橋 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng) 非平穩(wěn)風(fēng)特性 模態(tài)參數(shù) 監(jiān)測環(huán)境因素 有限元模型修正

【摘要】：橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識別和有限元模型修正均是大跨度橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域的主要研究熱點,準(zhǔn)確識別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)、修正對應(yīng)的有限元模型可為橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估、損傷識別及養(yǎng)護(hù)維修奠定基礎(chǔ),為同類橋梁的合理設(shè)計、施工及養(yǎng)護(hù)等提供參考。本文以潤揚懸索橋為工程背景,緊緊圍繞大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識別和有限元模型修正兩個熱點問題,利用該橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)(SHMS)實測的臺風(fēng)期間風(fēng)數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)振動數(shù)據(jù),開展基于SHMS的大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識別及有限元模型修正研究。主要研究內(nèi)容包括：(1)潤揚懸索橋橋址區(qū)實測臺風(fēng)非平穩(wěn)風(fēng)特性分析。依托于該橋SHMS記錄的實測風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù),以“麥莎”和“韋帕”臺風(fēng)為研究對象,分別基于平穩(wěn)和非平穩(wěn)風(fēng)速模型得到了對應(yīng)的平均風(fēng)速、紊流強度、紊流積分尺度和紊流功率譜密度等風(fēng)特性,并將兩種模型的計算結(jié)果進(jìn)行對比。研究結(jié)果表明,臺風(fēng)期間實測風(fēng)速表現(xiàn)出明顯的非平穩(wěn)特性,此時非平穩(wěn)風(fēng)速模型在刻畫風(fēng)特性時具有更好的適用性。(2)基于三類典型方法的大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識別對比研究。利用潤揚懸索橋SHMS采集的臺風(fēng)期間的主梁振動數(shù)據(jù),分別采用平均正則化功率譜方法(ANPSD)、隨機子空間法(SSI)和希爾伯特黃變換法(HHT)識別大橋主梁模態(tài)參數(shù),并將識別結(jié)果進(jìn)行對比分析,以評判三種方法對該橋進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識別的適用性。研究結(jié)果表明,臺風(fēng)期間主梁實測加速度響應(yīng)表現(xiàn)出明顯的非平穩(wěn)特性,HHT方法適用于非平穩(wěn)信號的處理,且就本案例而言,基于該方法識別的模態(tài)參數(shù)更為準(zhǔn)確。因而,選用HHT方法作為后續(xù)研究中模態(tài)參數(shù)識別的主要方法。(3)大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)與監(jiān)測環(huán)境因素的關(guān)系模型研究。在已獲得臺風(fēng)期間潤揚懸索橋主梁模態(tài)參數(shù)和相應(yīng)風(fēng)速、溫度的基礎(chǔ)上,利用非線性主成分分析(NLPCA)對其進(jìn)行預(yù)處理,從而建立了環(huán)境主成分與模態(tài)參數(shù)間的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并分析了實測模態(tài)參數(shù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合值之間殘差的分布模式,以驗證該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的準(zhǔn)確性。最后,依據(jù)該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性預(yù)測模型,得到消除環(huán)境因素影響的模態(tài)參數(shù)。研究結(jié)果為潤揚懸索橋有限元模型修正奠定了基礎(chǔ)。(4)基于相關(guān)向量機-馬爾可夫鏈蒙特卡洛模擬(RVM-MCMC)方法的大跨度懸索橋有限元模型修正。在潤揚懸索橋初始有限元模型的基礎(chǔ)上,利用拉丁超立方抽樣得到試驗樣本,并利用基于稀疏貝葉斯理論的相關(guān)向量機回歸算法得到該橋的動力響應(yīng)面模型。結(jié)合大橋SHMS和現(xiàn)場實測得到的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù),基于MCMC方法對該橋初始有限元模型進(jìn)行修正,通過模型修正前后計算與實測結(jié)果的對比,驗證了該模型修正方法的可靠性。研究結(jié)果可為類似大跨度橋梁的有限元模型修正及損傷識別提供參考。
【關(guān)鍵詞】：大跨度懸索橋 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng) 非平穩(wěn)風(fēng)特性 模態(tài)參數(shù) 監(jiān)測環(huán)境因素 有限元模型修正
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U448.25
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 本課題研究背景及意義11-13
• 1.2 大跨度橋梁橋址區(qū)實測強臺風(fēng)特性研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 大跨度橋梁模態(tài)參數(shù)識別研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 模態(tài)參數(shù)識別方法15-16
• 1.3.2 環(huán)境因素對橋梁結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的影響16-17
• 1.4 大跨度橋梁非確定有限元模型修正研究進(jìn)展17-21
• 1.4.1 隨機有限元模型修正方法18
• 1.4.2 基于貝葉斯理論的有限元模型修正方法18-19
• 1.4.3 基于動力響應(yīng)面的有限元模型修正方法19-21
• 1.5 本文的主要工作21-22
• 參考文獻(xiàn)22-27
• 第二章 潤揚懸索橋橋址區(qū)實測臺風(fēng)非平穩(wěn)風(fēng)特性分析27-41
• 2.1 引言27-28
• 2.2 潤揚懸索橋風(fēng)速儀布置及實測臺風(fēng)數(shù)據(jù)28-29
• 2.3 基于DWT的非平穩(wěn)風(fēng)特性分析方法29-30
• 2.3.1 平穩(wěn)及非平穩(wěn)風(fēng)速模型29-30
• 2.3.2 基于DWT的非平穩(wěn)風(fēng)速時變均值提取30
• 2.4 實測臺風(fēng)非平穩(wěn)特性及分析30-38
• 2.4.1 平均風(fēng)特性30-34
• 2.4.2 紊流強度34-35
• 2.4.3 紊流積分尺度35-37
• 2.4.4 功率譜密度37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 參考文獻(xiàn)39-41
• 第三章 基于三類典型方法的大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識別對比研究41-67
• 3.1 引言41-42
• 3.2 潤揚懸索橋主梁振動監(jiān)測42-43
• 3.3 實測加速度響應(yīng)的非平穩(wěn)特性研究43
• 3.4 基于ANPSD的潤揚懸索橋模態(tài)參數(shù)識別43-50
• 3.4.1 主梁加速度響應(yīng)功率譜密度初步分析43-45
• 3.4.2 正則化功率譜密度45-47
• 3.4.3 基于ANPSD的潤揚懸索橋模態(tài)參數(shù)識別47-50
• 3.5 基于SSI-DATA的潤揚懸索橋模態(tài)參數(shù)識別50-55
• 3.5.1 系統(tǒng)隨機狀態(tài)空間模型50
• 3.5.2 隨機子空間模態(tài)識別50-53
• 3.5.3 基于SSI的潤揚懸索橋模態(tài)參數(shù)識別53-55
• 3.6 基于HHT的潤揚懸索橋模態(tài)參數(shù)識別55-61
• 3.6.1 基于HHT的模態(tài)參數(shù)識別基本理論55
• 3.6.2 潤揚懸索橋模態(tài)參數(shù)識別55-59
• 3.6.3 主梁不同測點模態(tài)參數(shù)識別結(jié)果的對比59-61
• 3.7 基于ANPSD/SSI/HHT的模態(tài)參數(shù)識別結(jié)果對比分析61-62
• 3.8 臺風(fēng)期間潤揚懸索橋模態(tài)參數(shù)時變特性初步分析62-63
• 3.9 本章小結(jié)63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 第四章 大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)與監(jiān)測環(huán)境因素的關(guān)系模型研究67-87
• 4.1 引言67
• 4.2 PCA與NLPCA的基本原理67-70
• 4.2.1 PCA67-68
• 4.2.2 NLPCA68-70
• 4.3 潤揚懸索橋?qū)崪y模態(tài)參數(shù)及臺風(fēng)環(huán)境因素的統(tǒng)計分析70-75
• 4.3.1 橋址區(qū)臺風(fēng)環(huán)境因素監(jiān)測70-72
• 4.3.2 潤揚懸索橋模態(tài)參數(shù)統(tǒng)計分析72-73
• 4.3.3 模態(tài)參數(shù)與臺風(fēng)環(huán)境因素的相關(guān)性初步分析73-75
• 4.4 潤揚懸索橋?qū)崪y模態(tài)參數(shù)及臺風(fēng)環(huán)境因素非線性主成分分析75-77
• 4.4.1 臺風(fēng)環(huán)境因素的非線性主成分分析75-76
• 4.4.2 模態(tài)參數(shù)的非線性主成分分析76-77
• 4.5 潤揚懸索橋?qū)崪y模態(tài)參數(shù)與臺風(fēng)環(huán)境因素的關(guān)系模型77-85
• 4.5.1 線性回歸模型及其擬合殘差分析77-80
• 4.5.2 基于NLPCA的ANN模型及擬合殘差分析80-84
• 4.5.3 臺風(fēng)環(huán)境因素影響下模態(tài)參數(shù)的修正84-85
• 4.6 本章小結(jié)85
• 參考文獻(xiàn)85-87
• 第五章 基于RVM-MCMC方法的大跨度懸索橋有限元模型修正87-107
• 5.1 引言87
• 5.2 基于RVM-MCMC的有限元模型修正基礎(chǔ)理論87-91
• 5.2.1 基于MCMC的有限元模型修正87-90
• 5.2.2 相關(guān)向量機回歸算法90-91
• 5.3 潤揚懸索橋初始有限元模型及修正目標(biāo)參數(shù)91-95
• 5.3.1 潤揚懸索橋簡介91-92
• 5.3.2 潤揚懸索橋ANSYS建模92-95
• 5.4 潤揚懸索橋初始有限元模型動力特性分析95-96
• 5.5 基于RVM的潤揚懸索橋動力響應(yīng)面擬合96-99
• 5.5.1 待修正參數(shù)的選擇96-97
• 5.5.2 基于RVM的動力響應(yīng)面回歸精度影響因素分析97-99
• 5.6 基于RVM-MCMC方法的潤揚懸索橋有限元模型修正99-104
• 5.6.1 數(shù)值算例99-100
• 5.6.2 潤揚懸索橋有限元模型修正100-104
• 5.7 本章小結(jié)104-105
• 參考文獻(xiàn)105-107
• 第六章 結(jié)論與展望107-110
• 6.1 主要工作及結(jié)論107-108
• 6.2 研究展望108-110
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果110-111
• 致謝111

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本文編號：755466