利用粒子群算法的传感器优化布置及结构损伤识别研究

为了合理布置结构健康监测系统中传感器的位置及满足结构损伤识别的要求,提出了一种基于改进粒子群算法的传感器优化布置方法。首先以模态保证准则(MAC)矩阵的最大非对角元极小化为目标,构造出满足优化条件的适应度函数,并采用改进的粒子群算法搜索出传感器的最佳布设位置;其次,利用振型扩充技术把有限测点的测量模态数据扩充为完整自由度模态数据,并利用所提损伤识别方法进行结构损伤识别;最后,通过一个二维平面桁架结构算例对所提方法进行有效性验证。数值结果表明,所提传感器布设方法能够高效地搜索出给定数目的传感器优化位置,且利用其优化结果能够准确地识别出结构的损伤位置和程度。     

传感器优化布设在桥梁健康监测中的应用

回顾了振动模态分析技术中关于传感器最优布点方法的研究 ,针对桥梁结构健康监测中有关指纹更新识别以及模型修正所需的模态动态信息 ,提出了一套传感器优化布设的方案 ,目的在于迅速有效地从一个自由度繁杂的结构模型中选择出关键的测点位置 ,在含噪声的环境中实现对结构状态改变信息的最优采集 ,改善早期对大型柔性结构的整体探伤能力 .传感器优化布设在桥梁健康监测中的应用@崔飞 @袁万城 @史家均     

传感器优化布设在桥梁健康监测中的应用

回顾了振动模态分析技术中关于传感器最优布点方法的研究,针对桥梁结构健康监测中有关指纹析识别以及模型修正所需的模态动态信息,提出了一套传感器优化布设的方案,目的在于迅速有效地从一个自由度繁杂的结构模型中选择出关键的测点位置,在含噪声的环境中实现对结构状态改变信息的最优采集,改善早期对大型柔性结构的整体探伤能力。     

基于损伤可识别性的传感器优化布置方法

为了满足结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置方法.考虑损伤导致的结构响应变化,由结构运动方程推导出了结构响应与振型和损伤灵敏度之间的解析关系式.根据Fisher信息熵原理,建立了同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的目标函数.利用奇异值分解技术,发展了以Fisher信息矩阵最大和条件数最小为准则的迭代算法.算例分析表明,所提方法有效地克服了基于模态可观测性和基于损伤可识别性的传感器优化布置结果存在的差异,利用其优化结果进行的损伤识别比单一目标的结果具有更高的精度.     

桥梁监测系统中梁桥静力应变传感器的优化配置

为了探索桥梁结构监测系统中静力应变传感器在梁桥中的优化配置,以简支梁桥为研究对象,以传递误差最小为优化准则建立了梁桥静力监测系统传感器优化的数学模型,根据简支梁截面弯矩与挠度的关系,建立了以控制截面挠度的传递误差为最小的目标函数,并采用遗传算法的优化计算方法,提出了适用于梁桥的基于传递误差最小准则的传感器优化配置方法。实例优化结果表明,简支梁桥的应变传感器,除在跨中控制截面布点外,其余应变传感器应均匀布置。     

润扬大桥结构健康监测策略

对建立大跨桥梁结构健康监测系统的关键问题--大跨桥梁结构健康监测策略进行了分析研究,阐述了大跨桥梁结构健康监测项目的选择依据、传感器优化布设的原则与主要依据、传感器选择的原则等.提出了综合考虑大桥的结构特点和各个方面对系统功能的要求,通过费用-效益比分析,确定长期监测和周期检测内容的项目选择原则.关于传感器的布设,提出了遵循从状态评估的需要出发,以有效和经济为目标,使测点能够发挥最大效应的原则,综合结构安全评估、传感器布设优化理论等因素进行优化布设的方法.在有限元分析的基础上,应用遗传算法进行了润扬大桥结构健康监测系统振动和应变传感器优化布置的理论分析.然后进行了润扬大桥结构健康监测传感器系统的总体设计.     

海洋平台立管的传感器优化布置

为了满足海洋平台结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以协调模态可观测性与损伤可识别性为目标的传感器优化布置方法。首先根据结构运动方程,利用损伤导致结构响应的变化,推导了结构响应与模态、损伤灵敏度的近似解析解。其次,建立包含模态信息和损伤灵敏度信息的传感器优化数学模型。最后利用奇异值分解方法,发展了一种以信息矩阵最大和条件数最小为目标的迭代算法。海洋平台立管的数值算例表明:该方法能够为海洋平台立管的健康监测提供可行的布点方案。     

新型多立柱张力腿式浮动风力机概念模型试验研究

近海深水区域蕴藏着丰富的高品质风能,海上浮动风力机是目前开发深水风能最具潜力的新装备.首先分析了开展海上浮动风力机水池模型试验时需要考虑的相似准则,并根据其受力情况综合选取了合适的相似准则.采用基于风轮推力相似而优化设计的模型叶片建立了一套风力机模型,有效解决浮式风力机模型试验中的"尺度效应"问题.本文对所提出的新型多立柱张力腿式浮动风力机概念(WindStar Tension Leg Platform System,WindStar TLP System)进行了水池模型试验研究,模型试验缩尺比为150.试验中测定了其空气动力、水动力和结构动力特性,得到了其在不同环境条件下的运动响应和总体性能.模型试验结果可为该新型多立柱张力腿式浮动风力机概念的进一步研究提供参考依据.     

TLP张力腿涡激非线性响应

对张力腿平台（简称TLP）的张力腿提出了一种新的数学模型,并在波浪,水流共同作用下对张力腿的横向涡激振动进行了研究,通过实例计算了发生谐持时的响应,同时讨论了应用伽辽金法的项数对精确度的影响,所得结果具有重要的参考价值。     

混凝土泵车臂架结构健康监测传感器优化布置

为实现混凝土泵车臂架类柔性多体结构健康监测的应变传感器优化布置,首先,利用各待选测点应变信号的相关系数构建了模糊支持度矩阵,计算了各待选测点的综合支持度;然后,将待选测点应力水平、传感器安装难易程度、测点安全性、应力梯度等因素进行了分级及标准量化;接着,利用层次分析法确定了各个因素的权重关系;最后,利用综合评价法对待选测点进行优化,确定了健康监测测点的最优位置.文中还以某四节臂架泵车为例,选择4种工况分别对其应变传感器的布置进行了优化,结果证明了该综合评价方法的稳定性和可行性.     

TLP平台钢管桩的岩土设计

随着海洋工程油气开发逐步向深海进军,对南海深水区油气开发技术的研发已迫在眉睫。目前,主要的深海石油平台型式为张力腿平台,其结构一般由平台本体、张力腿系统和基础3部分组成,基础主要采用打入式钢管桩。结合某TLP平台项目,根据相关标准、规范和文献,对TLP平台钢管桩基的岩土设计内容和方法进行了探讨,对国内TLP平台桩基设计技术发展有积极的推进作用。     

基于MIDAS/Gen的槽式聚光器结构模态分析

针对槽式聚光器结构优化问题,根据张家港试验基地槽式聚光器实体装置,基于MIDAS/Gen建立槽式聚光器三维有限元模型,采用Lanczos模态计算方法,进行各角度工况下模态分析,得到槽式聚光器在不同工况下的结构模态特征.对槽式聚光器装置进行动力特性测试,测点布置在结构的多个位置,传感器主要布置在聚光镜的镜面中心位置.现场实测过程中选用优泰公司的软件和设备——动态信号采集系统、传感器以及采集仪等试验设备和装置,获取各测点的有效数据,通过优泰软件对原始数据进行处理,得到槽式聚光器装置的动力特性.将数值计算结果与原型实测结果进行对比验证,验证结果表明:本文建立的槽式聚光器三维有限元模型能够较好地模拟现有槽式聚光器结构,能够用于槽式聚光器的静态分析及结构优化分析研究,可以为进一步提高槽式聚光镜组的聚光效果和降低成本提供参考.     

基于AQWA的张力腿平台动力响应分析

为研究极端海况下张力腿平台(TLP)的动力响应性能,对一典型传统式TLP平台进行整体设计,并应用势流理论和波浪的辐射/衍射理论,结合水动力分析软件AQWA,考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用,对平台在极端海况下的动力响应进行了数值模拟分析,计算在多个不同入射角波浪作用下的平台六个自由度上运动的幅值响应算子(RAOs),模拟分析在极端海况P-M波浪谱作用下平台的动力响应和张力腿的运动响应.结果表明:波浪入射角的不同对平台垂荡运动的RAOs没有明显的影响,对另外5个方向运动RAOs的幅值有明显影响;张力腿提供的附加刚度,对平台上体纵、横摇及垂荡响应作用明显,对平台纵、横荡及首摇也有一定的限制作用;平台的动力响应主要由波浪荷载引起;张力腿在平台上体带动及流荷载作用下会产生较大幅度运动.总之,在张力腿的有效约束下TLP平台可以避开能量集中的波浪频率,表现出良好的纵、横摇及垂荡性能,而张力腿的安全和性能将成为平台安全和性能的重要指标.     

基于混合算法的机翼多功能盒段传感器优化布置

采用混合传感器优化布置算法,将其应用在某多功能机翼盒段模型的结构健康监测试验中。用有限元方法进行模态分析,运用混合算法得到传感器的布置方案。通过有效独立法确定传感器的初始测点,然后利用MAC法确定传感器的数量,最终得到传感器的布置方案。对已完成传感器布置的机翼盒段进行拉拉疲劳试验,采用作者提出的损伤特征量构造方法进行结构健康监测。结果表明,采用混合算法布置的传感器可以有效采集结构信息,满足在实际工程中的应用要求。     

水下机器人传感器故障诊断

为了提高水下机器人系统的总体可靠性,开展了水下机器人传感器故障诊断研究.在分析水下机器人传感器三种故障形式的基础上,提出了相应的故障诊断方法.阐明了线性平滑原理和小波变换的基本理论,进行了信号奇异性分析,探讨了小波基选择的一般标准.将提出的几种故障诊断方法应用到实际的水下机器人海上试验中,结果验证了所提方法的有效性与可行性.     

基于信息熵的城轨车辆应变传感器优化布置

针对传统的传感器优化方法在配置数量较多的情况下存在测点聚集的现象，基于信息熵理论分析了优化结果和预测误差间的关系，并提出了一种考虑预测误差的改进优化方法，将归一化模态应变能之和的倒数作为预测误差协方差矩阵的主对角元，非对角元由结合了测点距离和响应水平的指数相关方程表示，以最大化Fisher信息阵行列式值为目标，采用逐步累积法得到最优测点位置.城轨车辆构架有限元计算结果表明，改进的优化方法在三种评价准则的表现上均优于经典方法，并且显著降低了测点聚集效应，证实了改进方法用于转向架构架应变传感器配置的有效性.     

基于空间网壳结构杆件损伤识别的传感器布置方法

传感器的布置与优化问题是目前空间网壳结构健康监测研究的热点与难点.以结构杆件损伤识别为目标,以结构杆件应力监测数据为基础,通过对空闻网壳结构损伤特征、健康监测工作方武以及在静力作用下杆件内力变化特点的分析与研究,提出适合于在役空间网壳结构杆件损伤识别的传感器布置原则和方法.同时也指出,该方法的应用需要先保证结构计算模型...     

针对结构易损场景监测的传感器优化布置方法

基于结构易损性指数和结构体系的损伤系数定义了结构失效指标,该指标可用来判断易损场景发生后结构体系的失效状态.在特征向量灵敏度分析的基础上推导了该指标在模态参数不确定性影响下的估计方差,并且以所有易损场景下指标的方差和最小为优化目标,提出了以监测结构易损场景为目的的传感器优化布置模型,以及基于凸规划的求解算法.采用该方法对一个平面桁架结构的数值模型进行了传感器布置,并且根据模拟的受损结构的模态数据,计算了不同传感器布置方案下结构失效指标的均值和方差.结果表明,与传统方法相比,该方法可以提高对易损场景发生后结构失效状态的评估精度.     

基于图论聚类的随机子空间模态参数自动识别

为提高随机子空间法模态参数识别过程中的自动化程度,减少人为干预,提出了基于图论聚类的桥梁结构模态参数自动识别方法.首先,初步剔除由于数据精度以及噪声等引起的虚假模态;其次,采用图论聚类法,对结构模态结果依次根据基于结构频率和模态保证准则(MAC)指标定义的距离进行聚类,以自动识别出结构的真实模态.随后基于灌河大桥0.5 h的加速度数据,采用所提方法实现了结构模态参数的自动识别,并通过结构的有限元模型对识别结果进行验证.最后,将所提出的方法应用到基于灌河大桥健康监测系统采集的一年加速度数据的模态参数识别过程中,表明了该方法在桥梁结构海量加速度数据的结构模态参数自动识别中是可行的.     

基于模态测试与分析的齿轮箱测点优化

针对齿轮箱状态检测和故障诊断中,传感器数量难以确定,测点难以定位的问题,提出根据不同测点的频响特性优化测点的方法.在搭建了齿轮箱模态测试系统后,采用锤击模态测试方法对JZQ250齿轮箱模态进行了实测,并识别出箱体的振型和模态参数.重点对箱盖10个测点频响函数特性进行分析,比较测点3个方向频率响应的强弱,给出了10个测点布设传感器的排序.结果表明:箱体上靠近轴承处布设测点,在3个方向上总体上响应强烈,受激励点影响较小;而箱体边缘处测点幅值大小与激励点有关.