基于遗传算法的梁类构件损伤识别ppt

基于遗传算法的梁类构件动力损伤识别方法研究CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina2汇报内容1.选题的意义与研究现状2.论文主要研究内容与创新点3.梁类构件的动力学损伤识别模型4.基于遗传算法的损伤识别研究5.结论与展望CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina31.选题的意义与研究现状1.1选题的意义图1.1莫斯科水上乐园屋顶坍塌图1.2宜宾南门大桥桥面断裂结构的损伤不能及时被发现并进行加固处理，则可能威胁到结构的安全，甚至会使结构失效，带来不可估量的经济损失和人员伤亡。CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina41.选题的意义与研究现状1.2研究现状动力检测方法模态参数直接比较模型修正技术模态参数衍生指标固有频率阻尼振型计算智能神经网络小波技术曲率振型柔度矩阵模态应变能遗传算法图1.3常用的动力损伤识别方法整体检测与局部检测相结合。缺点是：不能够准确得到损伤位置和程度。本文方法：CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina52.论文主要研究内容与创新点2.1研究主要内容梁类构件两端弹性约束与中间单元。（1）研究对象（2）研究目标能够定位定量识别梁类构件两端弹性约束和中间单元的损伤情况。（3）研究理论基础①Timoshenko梁模型②Timoshenko梁自由振动动力学方程③遗传算法优化理论CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina62.论文主要研究内容与创新点结构中梁类构件用ANSYS梁单元BEAN188和弹簧单元combin144来建两端弹性约束梁构件模型用弹簧单元COMBIN144来模拟两端的弹性约束通过弹簧单元的弹簧常数的减小来模拟损伤的程度在加入现实环境测试的噪音干扰通过ANSYS的模态分析得到模型的固有频率振型以及得到单元的平均应变模态通过动力学方程和通过ANSYS建立的两端弹性约束损伤的梁类构件模型得到各自的固有频率和单元平均应变模态构成遗传算法的适应度函数通过建立的适应度函数利用遗传算法优化设计求得优化变量单元的损伤系数获得损伤的位置与损伤程度对ANSYS模型进行修正建立两端弹性约束梁的损伤识别理论模型获得两端弹性约束梁损伤模型的频率方程获得两端弹性约束损伤模型的振型方程通过编程求解损伤模型的固有频率振型以及单元平均应变模态根据理论解析解修正ANSYS模型图2.1利用遗传算法梁类构件损伤识别的基本结构图本文研究方法（4）CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina72.论文主要研究内容与创新点2.2论文的创新点①建立Timoshenko梁类构件两端弹性约束损伤识别理论模型。②推导出梁类构件中间某单元损伤时，在某阶振型下引起梁上各个节点应变模态的变化量的理论公式。③利用一阶和二阶单元平均应变模态差的绝对值之和最小、三阶固有频率之差绝对值之和最小分别作为适应度函数，对弹性约束和中间单元不同位置、不同程度进行了损伤系数的优化识别识别结果较为准确。CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina83.梁类构件的动力学损伤识别模型3.1Timoshenko梁损伤识别的动力学模型图3.1梁构件损伤识别的动力学模型（1）Timoshenko梁两端弹性约束损伤识别模型如图（3.1）1234,,,kkkk为梁两端的弹性约束，模拟临近构件结点约束对本梁的影响情况120,0kk两端简支梁12,kk两端完全固结123,4,,弹性约束损伤的程度11223344,,,kkkk表达结点的损伤状况CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina93.梁类构件的动力学损伤识别模型（2）弹性约束梁损伤识别模型的振型方程0sinhcoshcoshsinhsincoscossincoshsinhsinhcoshcossinsincos344344344344222222222222333333211211DCBAEIkEIkEIkEIkEIkEIkEIkEIkkEIkEIEIkEIk0;0:0;0:03344222233332211dxdEIkdxdEIdxdklxdxdEIkdxdEIdxdkxxDxCxBxAxcoshsinhcossin)(2)4(22144ggh2)4(22144gghAGkmrag'22424'224)1(aAGkrmh自由振动形状函数表达式:弹性约束边界条件:（3-1）（3-2）（3-3）CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina103.梁类构件的动力学损伤识别模型221234123422123123221241242213413422234234[2(1coscosh)()sinsinh]()(sincoshcossinh)()(sincoshcossinh)()(sincoshcossinh)()(sikkkkkkkEIkkkEIkkkEIkkkEI222222121224433222213132222141422222323244332424ncoshcossinh)()()sinsinh()[()2coscosh()sinsinh]()()coscosh()()coscosh()[()2coskkEIkkEIkkEIkkEIkkEI2222222234343332211333222232222333222244cosh()sinsinh]()()sinsinh()[()(sincoshcossinh)]()[()(sincoshcossinh)]()[()(cossinhsincosh)]()[(kkEIkEIkEIkEIkEI4554422)(cossinhsincosh)]()[2(1coscosh)()sinsinh]0EIlsinsinlcoscoslsinhsinhlcoshcosh(3)弹性约束梁损伤识别模型频率方程如果（3-3）有非零解则其系数矩阵的行列式为零。其中：（3-4）CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina113.梁类构件的动力学损伤识别模型由频率方程（3-4）24maEI由振型方程（3-3）表（3-1）梁的物理性质及其支座刚度表（3-2）求得固有频率和A，B，C，D的值CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina123.梁类构件的动力学损伤识别模型1)频率方程得到的固有频率系数的值2)振型方程得到的振型曲线图3.3函数的零点放大图()yfa图3.2函数的图象图3.4第一阶理论解振型图3.5第二阶理论解振型图3.6第三阶理论解振型CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina133.梁类构件的动力学损伤识别模型3.2ANSYS建立弹性约束梁模型采用BEAM188单元进行划分20等分；一维弹簧单元COMBIN14对两端弹性约束进行模拟。图3.7ANSYS模型第一阶振型表（3-3）对称约束梁的物理性质及其支座刚度图3.8ANSYS模型第二阶振型图3.9ANSYS模型第三阶振型CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina143.梁类构件的动力学损伤识别模型说明了用两端弹性约束Timoshenko梁模型对结构中的梁构件进行假设建模具有合理性和可行性◆ANSYS模型和理论解析解的振型曲线图3.10ANSYS模型和理论模型解析解第一阶振型图图3.11ANSYS模型和理论模型解析解第二阶振型图图3.12ANSYS模型和理论模型解析解第三阶振型图表（3-4）理论模型与ANSYS模型的频率值CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina153.梁类构件的动力学损伤识别模型3.3中间单元损伤识别理论公式,,,,,(1),(1),11,,(1),(1)21[()()](2)TTNNjudtrtitrtijitjitjitrjrjrjrjrrjjrijriTNtrtirjrjrjrjrihKKlllhKil；（）mttjiji1,单元发生损伤在第阶振型下节点处的应变模态差:tij对于多处损伤可由单处损伤进行线性叠加求得:（3-5）（3-6）CivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina164.基于遗传算法的损伤识别研究4.1弹性约束损伤系数的多元多峰值优化目标函数min(())min(())JE011234[]Test为损伤前后所有单元的测量平均应变模态值的向量12{,......}TestTestTestTestTestTkn即：()|()|TestcalE其中：()cal为损伤前后所有单元的理论平均应变模态值的向量12(){(),()...()...()}calcalcalcalcalTkn即：为损伤单元的刚度影响系数，为将梁构件划分的单元数。nCivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina174.基于遗传算法的损伤识别研究4.2中间损伤单元应变残差改变量的多目标优化目标函数min(())min(())kkJE1,2,...,kn01()||TestcalkkkE为优化子目标。,Testcalkk为损伤前后单元的测量平均应变改变量k与理论平均应变改变量。为损伤单元的刚度影响系数。为梁划分的单元数。123{,,,...,,...}TknnCivilEngineeringDepartment,CollegeofEngineering,OceanUniversityofChina184.基于遗传算法的损伤识别研究4.3遗传算法设置（1）编