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基于振动模态分析和BP网络的桥梁损伤识别研究

作　者: 李洪琴
导　师: 孙宗军
学　校: 山东科技大学
专　业: 交通运输规划与管理
关键词: 损伤识别模态分析 BP神经网络ANSYS MATLAB频率变化比简支梁
分类号: U441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来我国交通事业快速发展,建设了许多大型、新颖的桥梁。但是桥梁长期在自然环境和使用环境的作用下,承载力逐渐降低最终导致桥梁的倒塌,对人民群众的生命财产安全造成重大威胁。因此,研究桥梁的损伤识技术具有十分重要的现实意义。本文在研究国内外桥梁损伤识别理论、BP神经网络基础上,利用大型有限元分析软件ANSYS和MATLAB中的BP神经网络工具箱函数将振动模态分析理论和BP神经网络应用于桥梁损伤识别中,对一个简支梁实现了损伤的辨识、损伤位置和损伤程度的确定,给出了基于振动模态分析和BP神经网络相结合的桥梁损伤识别方法。首先,本文详细介绍了几种常用的桥梁损伤识别理论。包括基于固有频率、振型差、应变模态、曲率模态、柔度差、柔度曲率、刚度矩阵、遗传算法、神经网络等损伤识别方法的理论、公式及应用。通过分析得出本文研究应用的是基于模态频率变化比的方法实现对桥梁损伤位置的识别。其次,阐述BP神经网络、BP经典算法以及及改进BP神经网络,介绍BP神经网络损伤识别原理,如何利用MATLAB中的BP神经网络工具箱函数实现对桥梁的损伤识别。第三,运用大型有限元分析软件ANSYS和MATLAB中的BP神经网络网络工具箱函数对一个经典简支梁实现损伤辨识、损伤定位和损伤程度的标定。数值仿真与分析表明,基于振动模态分析理论和BP神经网络相结合的桥梁损伤识别方法在简支梁的仿真实例中是有效的,为桥梁健康监测系统能够更好应用于实际工程提供了很好的手段和方法。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-19
  1.1 桥梁结构监测和损伤识别研究的意义  11-13
  1.2 桥梁结构损伤检测的内容和识别方法的分类  13-14
  1.3 国内外损伤识别技术研究状况  14-18
  1.4 本文主要研究内容  18-19
2 基于振动模态分析的桥梁损伤识别理论  19-29
  2.1 基本原理  19
  2.2 基于固有频率变化的损伤识别理论  19-21
  2.3 基于振型变化的桥梁损伤识别理论  21-24
  2.4 基于柔度变化的桥梁损伤识别理论  24-25
  2.5 基于模态应变能的桥梁损伤识别理论  25-26
  2.6 基于刚度变化的桥梁损伤识别理论  26
  2.7 基于遗传算法的桥梁损伤识别理论  26-28
  2.8 基于神经网络的桥梁损伤识别理论  28
  2.9 本章小结  28-29
3 基于BP神经网络的桥梁损伤识别理论  29-43
  3.1 人工神经网络的基本理论  29-32
  3.2 BP神经网络及BP算法  32-37
  3.3 基于桥梁损伤识别的BP网络构造  37-39
  3.4 BP神经网络在MATLAB7.0中的实现  39-42
  3.5 本章小结  42-43
4 简支梁损伤识别的数值仿真及分析  43-62
  4.1 结构分析模型  43-50
  4.2 简支梁的损伤识别过程  50-60
  4.3 本章小结  60-62
5 结论与展望  62-64
  5.1 本文主要结论  62-63
  5.2 不足与展望  63-64
致谢  64-65
攻读硕士研究生期间主要研究成果  65-66
参考文献  66-69

基于振动模态分析和BP网络的桥梁损伤识别研究

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