基于不同损伤指标和D-S数据融合的结构损伤识别研究.pdfVIP

基于不同损伤指标和D-S 数据融合的 结构损伤识别研究  赵建华 ，张 陵 （西安交通大学强度与振动教育部重点实验室，西安 710049 ） 摘要：损伤识别是结构健康监测的主要目的，也是一个难点。在工程结构的损伤识别中，不同的损伤指标对损 伤的敏感程度往往不同，为了充分利用不同指标所携带的损伤信息，提高损伤识别的准确性，本文提出了一种 利用D-S 数据融合技术进行损伤识别的方法。该方法首先分别以频率变化法和模态应变能变化率法所获取得损 伤识别结果作为两组不同的信息源，然后对其进行归一化概率赋值和证据组合处理，得到数据融合后的损伤识 别结果。同时，为了评价各种不同损伤识别方法识别效果的优劣，建立了一种新的损伤识别效果评价模型和指 标。通过一个数值算例对所提方法进行了验证，结果表明采用D-S 数据融合方法所获得的损伤识别结果比单一 方法更为准确，损伤识别效果评价指标也更优。 关键词：结构损伤识别；频率变化；模态应变能变化率；D-S 证据理论；数据融合 引 言 随着我国经济社会的快速发展，各种工程结构 （如三峡大坝、国家大剧院和鸟巢等）呈现出大型化 和复杂化的趋势，它们的使用寿命一般都长达几十年，乃至上百年。然而，在其使用过程中由于受环境 侵蚀、材料老化及循环荷载的疲劳累积效应等不利因素的影响，结构可能会出现性能的下降或发生局部 的损伤现象，甚至导致突发性事故。因此，对重大工程结构性能进行实时的监测和诊断，及时发现结构 的损伤，并评估其安全性，预测结构的性能变化和剩余寿命并作出维护决定，对提高工程的运营效率， [1] 保障人民财产安全具有极其重大的现实意义 。 损伤识别作为结构健康监测和诊断的关键技术，近些年来成为国内外学者研究的热点课题。Salawu[2] 在前人工作的基础上综述了利用结构损伤前后固有频率的改变量进行损伤识别的方法，但他认为仅凭固 有频率的改变还不能唯一且有效地损伤定位，因为结构不同位置相同长度的裂纹可能引起结构相同的频 率变化量。Vestroni 和Capecchi[3]讨论了利用损伤前后结构固有频率变化量识别损伤结果的唯一性问题。 [4] Wang 等 提出了一种利用结构静态测试数据和前几阶固有频率改变进行先定位后定量的两阶段损伤识 别方法，这种方法的显著特点是可以直接利用不同工况下的不完备测试数据，缺点是多位置损伤识别结 [5] 果精度不高。Shi 等 首先提出了结构单元模态应变能的概念，并推导出基于单元模态应变能变化率的结 构损伤定位方法。Sharifi 和 Banan[6]提出了一种利用结构损伤前后每个单元模态应变能的变化进行损伤  E-mail ：zhao.jh@stu.xjtu.edu.cn 1 [7] 识别的方法，不足之处是多损伤的识别结果误差偏大。谢峻和韩大建 在分析了固有频率用于结构损伤 识别机理的基础上，提出了一种改进的基于测量频率的结构损伤识别方法，但该方法只对中低度的结构 [8] 损伤敏感。王树青等 基于模态应变能的变化对海洋平台进行了损伤定位试验研究，结果表明这一方法 对单损伤定位准确，而对两损伤定位可能会产生误判。不难看出，上述各种损伤识别方法有利也有弊， 因而如何提高结构损伤识别的准确性和可靠性还需进一步探究。 每一种损伤识别方法由于受测试条件、环境噪声以及自身对损伤的敏感程度等诸多因素的影响，所 获得的损伤信息必然是不全面的。数据融合技术可以将来自多个不同信息源的互补和冗余信息依据某种 优化准则或算法组合进行综合化处理，改善信息提取的及时性和可靠性，为决策者提供高精度的决策信