《基於線上自適應追蹤技術的先進結構損傷識別方法研究》是依託南京航空航天大學，由周麗擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於線上自適應追蹤技術的先進結構損傷識別方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周麗
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在強烈地震等重大事件發生後，迫切需要對橋樑建築等土木結構損傷及功能狀態進行評估。本項研究將發展創新、實用、有效的線上或近乎線上損傷識別方法，利用事件中的回響數據對結構的功能或損傷狀態作出快速評估。將從理論上發展先進有效的損傷識別方法，該方法的解析遞歸解是無條件穩定和收斂。並在此基礎上開發基於有限元子結構方法的局部健康監測技術，用於線上識別複雜結構危險部位的局部損傷。還將開展對橡膠隔震支座和基礎隔震結構線上損傷識別理論和實驗研究，探索合適的遲滯非線性模型及其損傷退化模型。本項目所要開發的創新有效的損傷識別方法具有：（1）適用於線性及非線性結構；（2）適用於線上或近乎線上損傷識別；（3）僅使用有限的回響與激勵測量識別和追蹤結構損傷；（4）套用有限元子結構技術檢測局部損傷。本項研究所提出並發展的線上損傷識別方法還需要進行一系列實驗研究，驗證所開發新方法線上損傷識別與追蹤結構參數變化能力的有效性和準確性。
結題摘要
近期，地震等自然災害的發生愈加頻繁，在這些重大事件發生後，能夠快速有效地對樓房、橋樑等土木工程建築的安全及功能狀態進行線上評估是結構健康監測領域一項有待解決的課題。結構健康監測系統的一個重要環節是感測器數據的線上處理，然而，這個環節在多次學術會議上被認為是健康監測系統最為薄弱的環節。本項研究發展了創新的基於約束最佳化算法的自適應損傷追蹤技術，該技術能夠線上追蹤結構參數的變化，識別結構損傷，包括損傷發生的時間、位置和程度。基於自適應損傷追蹤技術，分別發展了自適應廣義卡爾曼濾波方法（AEKF）、自適應序貫非線性最小二乘方法（ASNLSE）和自適應二次誤差平方和方法（AQSSE），實現了時變系統的線上結構參數識別與損傷追蹤。基於上述三種方法，分別推導了輸入未知條件下的AEKF方法（AEKF-UI）、輸入未知條件下的ASNLSE方法（ASNLSE-UI）和輸入未知條件下的AQSSE方法（AQSSE-UI），實現了時變系統的線上結構參數識別與未知輸入的同步反演，並追蹤結構損傷；還進一步推導了不完全測量條件下的AEKF方法（AEKF-UI-UO）、不完全測量條件下的ASNLSE方法（ASNLSE-UI-UO）和不完全測量條件下的AQSSE方法（AQSSE-UI-UO），實現了含未知輸入和未知輸出情況下時變系統的線上結構參數識別與損傷追蹤，並對這些算法運用的充分必要條件和感測器布置方案進行了探討。此外，在上述研究的基礎上，還將所發展的損傷識別方法與模型縮聚理論和有限元子結構技術相結合，以降低結構健康監測系統所需的感測器數量並實現了結構關鍵部位的線上監測。基於上述損傷追蹤技術，對多種典型的線性系統、非線性系統和遲滯系統等進行了大量的數值仿真研究，驗證了所發展的方法的有效性。此外，還對三層框架結構、懸臂樑結構、空間桁架結構、單層基礎隔震結構和三層基礎隔震結構等進行了大量的多工況情況下的振動實驗研究。在此過程中，對用以描述隔震結構動力學特性的Bouc-Wen遲滯非線性模型的參數特性及模型簡化可行性進行了探討，以更好地實現遲滯系統的參數識別。在實驗過程中，提出了創新的剛度元件裝置用以線上模擬不同時刻、不同位置和不同程度的結構損傷的發生。實驗研究結果表明本項目所發展的方法均能夠有效地識別結構參數並追蹤結構損傷。本項研究為結構健康監測系統中的損傷識別技術在實際工程中的套用提供了創新有效的途徑。
