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基于递推随机有限元的随机结构损伤识别方法

作　者: 史文海
导　师: 黄斌
学　校: 武汉理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 损伤识别 递推随机有限元法 随机结构 框架结构 损伤诊断两步法
分类号: TU311.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 182次
引　用: 7次
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内容摘要


本文在系统总结了近年来结构损伤识别领域比较成熟的方法和新的研究思路基础上，进行了针对实际损伤检测中只能获得低阶模态条件下的结构损伤识别方法研究，提出了适用于建筑结构损伤识别、定位及程度评估的新方法。为此，本文就以下几个方面开展了探索性的研究工作： 1．递推随机有限元(RSFEM)方法研究 本文深入研究了递推随机有限元方法的应用问题，发现递推随机有限元方法能在较宽的随机涨落范围内更好地逼近蒙特卡洛(MC)模拟结果，即使仅采用四阶非正交多项式展式，逼近的幅度仍然提高较大。和MC方法相比，该方法可以节省大量的计算时间。 2．基于递推随机有限元(RSFEM)的随机结构损伤识别方法 在该方法中，随机有限元模型、非损伤结构的统计参数和测量得到的包含测量噪声的特征值和特征向量被用来获得结构的损伤指数。多个计算实例表明该数值方法能够对随机结构的损伤指数进行有效识别。 3．一种应用于平面问题的矩形单元研究 该单元精度高，能为精确而快速地分析结构问题提供保障。其次，它的位移模式与梁柱单元协调，与框架结点位移未知量相同，非常容易构造框架、框架与墙体组合结构的刚度矩阵，对编制程序和计算分析能带来很大的方便。 4．悬臂梁和单层框架结构损伤识别研究 研究表明，在同时考虑模型误差和测量噪声的情况下，基于RSFEM的随机结构损伤识别方法与MC模拟方法相比较，识别结果非常吻合，能对随机结构的损伤指数进行有效识别。 5．三层框架结构的损伤识别研究 研究表明，基于RSFEM的随机结构损伤识别方法能有效识别出三层框架结构的损伤位置与程度，其结果与MC模拟结果也非常吻合。另一方面，损伤识别结果也论证了结构损伤诊断两步法的合理性与有效性。

全文目录


第一章 绪论  8-15
  1．1 课题来源  8
  1．2 课题背景与研究意义  8-9
  1．3 国内外研究现状及存在的主要问题  9-13
    1．3．1 结构损伤识别的优化矩阵法  10-11
    1．3．2 结构损伤识别的灵敏度分析法  11-12
    1．3．3 控制基础上的损伤识别方法  12
    1．3．4 结构损伤识别方法现状  12-13
    1．3．5 结构损伤识别方法存在的主要问题  13
  1．4 本文的主要工作  13-15
第二章 递推随机有限元(RSFEM)方法研究  15-22
  2．1 绪言  15
  2．2 弹性屈曲的有限元方程  15-16
  2．3 随机结构弹性屈曲的递推求解方法研究  16-21
    2．3．1 随机屈曲特征值的非正交多项式展开  16
    2．3．2 结构随机量的表示  16-17
    2．3．3 随机屈曲特征值的递推算法  17-19
    2．3．4 基于泰勒展开的随机屈曲特征值求解  19-20
    2．3．5 计算实例  20-21
  2．4 本章小结  21-22
第三章 基于RSFEM的随机结构损伤识别方法  22-39
  3．1 绪言  22
  3．2 考虑结构体系模型误差的损伤识别方法  22-33
    3．2．1 特征值方程  22-23
    3．2．2 结构损伤指数  23
    3．2．3 随机损伤指数控制方程  23-24
    3．2．4 控制方程求解  24-26
    3．2．5 计算实例  26-33
  3．3 同时考虑模型误差和测量噪声的损伤识别方法  33-38
    3．3．1 特征值方程  33
    3．3．2 结构损伤指数  33-34
    3．3．3 随机损伤指数控制方程  34
    3．3．4 控制方程求解  34-36
    3．3．5 计算实例  36-38
  3．4 本章小结  38-39
第四章 结构损伤分析中的高精度单元  39-44
  4．1 绪言  39
  4．2 单元的建立  39-43
  4．3 计算实例  43
  4．4 本章小结  43-44
第五章 悬臂梁和单层框架损伤识别研究  44-54
  5．1 绪言  44
  5．2 基于RSFEM的随机结构损伤识别方法在悬臂梁损伤识别上的应用  44-51
    5．2．1 悬臂梁模型  44-45
    5．2．2 悬臂梁的损伤识别  45-51
    5．2．3 结论  51
  5．3 单层框架的确定性损伤识别  51-53
    5．3．1 单层框架有限元模型  51-52
    5．3．2 确定性损伤识别  52-53
    5．3．3 结论  53
  5．4 本章小结  53-54
第六章 三层框架结构的损伤识别  54-74
  6．1 结构损伤的两步诊断法  54-55
  6．2 三层框架结构有限元模型  55
  6．3 损伤识别第一步——区域损伤诊断  55-70
    6．3．1 框架同一层同一水平位置处有损伤情况的损伤识别  56-63
    6．3．2 只有一个单元损伤情况  63-66
    6．3．3 同时两个单元损伤情况  66-68
    6．3．4 同时损伤两层同一水平位置处六个单元情况  68-70
    6．3．5 同时损伤三层同水平位置九个单元情况  70
  6．4 损伤识别第二步——损伤子区域中损伤的具体诊断  70-73
    6．4．1 第一层柱底端有损伤情况的损伤识别  71-72
    6．4．2 第一层柱顶端有损伤情况的损伤识别  72-73
  6．5 本章小结  73-74
第七章 结论与展望  74-76
  7．1 结论  74-75
  7．2 展望  75-76
参考文献  76-79
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  79
作者在攻读硕士学位期间参加的科研课题与工程项目  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构力学 > 计算方法
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