結構實時損傷識別與半主動控制系統集成方法研究

《結構實時損傷識別與半主動控制系統集成方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由黃勤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：結構實時損傷識別與半主動控制系統集成方法研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黃勤

項目摘要

建築結構在地震、強風等高強外荷載作用下可能產生過度振動甚至發生損傷，當結構需要同時安裝振動控制系統及損傷識別系統時，將這兩套系統進行集成處理將會更加經濟、有效，而且有利於進一步發展結構智慧型化。本項目將從理論分析、數值模擬和試驗研究三個方面，重點研究未知激勵作用下房屋結構實時損傷識別與半主動控制的系統集成方法。首先，研究結構時變參數及未知激勵的同步實時識別方法，並基於該方法動態追蹤結構損傷發生的過程。其次，研究基於磁流變阻尼器的結構振動半主動控制方法。接著，構建數據實時共享並共用硬體的結構實時損傷識別與半主動控制集成系統，並深入剖析系統集成後兩個部分之間的相互影響。然後，考慮經濟性，並針對集成系統的多用途特點，對集成系統的感測器數量及安裝位置進行最佳化。最後，通過試驗驗證該集成系統的可行性及有效性。項目成果對建築結構的損傷診斷、安全評估、振動控制及災變機理研究具有重要的理論意義與工程實用價值。

結題摘要

結構遭遇極端惡劣條件或者在長時間服務後，可能發生結構主體強烈振動或局部損傷。在實際工程套用中，由於測量技術及經濟條件的局限，很難對結構所承受的所有外部荷載進行準確測量。當工程結構同時需要安裝結構振動控制系統和結構損傷識別系統時，將這兩套系統進行集成處理是非常有益的。 本項目從數據分析、數值模擬和試驗研究三個方面，重點研究水平荷載作用下房屋結構時變參數線上識別與半主動控制的系統集成方法。基於AR方法進行了高層風荷載的模擬，從數據分析的角度分析的角度分析相鄰數層的風荷載空間相關性，出了基於EKF及風荷載空間相關性的風荷載與結構參數同步識別方法。設計製作了壓電半主動摩擦阻尼器，針對此阻尼器建立半主動控制系統，分析了其在地震激勵下的動力學運動方程。提出了一種結構振動控制與健康監測系統集成時域方法，以在未知激勵作用下同時控制結構振動並識別結構參數。針對振動回響靈敏度損傷識別方法，綜合考慮了損傷識別過程中的三種典型確定性因素——模型誤差、測量噪聲和荷載誤差對識別結果的不利影響，採用一種基於多重最佳化目標的感測器最佳化布置方法。設計和建造了一棟安裝有磁流變阻尼器的五層剪下型結構模型，對智慧型結構同時實現結構損傷識別和振動控制功能的可能性進行了實驗驗證。 通過對結構時變參數的線上識別追蹤結構損傷發生的過程，可以為進一步研究結構災變機理，進行結構振動控制以及安全評估提供重要的基礎和依據，有助於促進對結構安全評估的深入研究並指導工程設計。將結構振動控制系統和結構健康監測系統進行集成處理，有利於發展包含感測器（神經系統），處理器（大腦系統）和驅動器（肌肉系統）的智慧型結構，有望推動智慧型化結構在我國的發展，具有良好的市場前景和產業化潛力。項目成果對建築結構的損傷診斷、安全評估、振動控制及災變機理研究具有重要的理論意義與工程實用價值。