基于虚拟变形法的移动质量识别方法研究.pdfVIP

第23卷第5期 振 动 工 程 学 报 VoI-23No．5 2010年10月 ofVibration Oct．2010 Journal Engineering 基于虚拟变形法的移动质量识别方法研究 张青霞1’2，段忠东1，LukaszJankowski2 ofFundamental (1．哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨150090；2．Smart—TechCentre，Institute Research，PolishofSciences，02—106，Warsaw，Poland) Technological Academy 摘要：在车一桥耦合系统的移动质量(荷载)识别反问题中，识别移动质量会面临重构系统、优化缓慢的问题；而若直 接识别移动荷载常常会遇到病态问题且对噪音敏感。针对这些缺陷，根据虚拟变形法(VDM)的结构快速重分析思 想，提出移动动态影响矩阵，实现利用较少的传感器即可快速而准确地识别移动质量(荷载)。以移动质量为优化变 量，避免了识别荷载常遇到的病态问题，对噪音鲁棒性强；且需要传感器信息少。每步优化中，利用移动动态影响矩 阵，无需时时重构车一桥耦合系统的时变系统参数矩阵，优化效率高。VDM方法的思想是将实际结构的响应计算转 化为初始结构模型在相同外荷载作用下的响应。与在结构模型发生改变的位置施加相关的虚拟变形或虚拟力引起 的响应的线性叠加。通过简支梁模型和框架梁模型验证了该方法的可行性和有效性，即使在5％的噪声影响下，利 用一个传感器就可以很好地识别多个移动质量。 关键词：结构健康监测；移动质量(荷载)识别；结构重分析；虚拟变形法(VDM)；影响矩阵 中图分类号：TU311．3；TU352．I 文献标识码：A 文章编号：1004—4523(2010)05—0494—08 许多问题需要解决。从本质上讲，荷载识别属于结构 引 言 力学中的逆问题，因此相关控制方程的病态性是影 响识别精度的主要因素。为改善识别效果，伪逆解 作用在桥梁或道路上移动质量(荷载)的信息是 法、奇异值分解法等被应用到逆问题计算中[4]。但是 指导桥梁道路设计规划，管理维护和安全评定的关 奇异值分解计算量大，一般很难运用于现场在线识 键因素之一。近几十年来，移动荷载识别引起了国内 别[5]。Law等提出利用不同测量响应的组合[s’6]，通 外研究者的广泛兴趣。它包括直接测量法和间接识 过限制识别荷载边界的正则化方法来解决病态问 别，其中利用实测的车一桥结构体的动态响应来间接 题。朱军华等基于时域法[7]，提出了一种用于准确识 识别移动质量(荷载)更受关注，具有广泛的工程背 别移动常力轴载的快速算法，其识别精度对噪音不 景和重要的应用价值。 敏感。一般而言，目前移动荷载识别的方法大都以未 桥梁上的移动荷载主要是由车辆引起的，但由 知移动荷载为变量，这要求测点数目或传感器数目 于车桥耦合系统是时变系统，如果直接优化识别车 大于等于未知移动荷载的数目，以得到荷载识别唯 辆质量，往往要考虑时时重构系统，桥梁本身就是很 一解。 复杂的系统，这势必大大增加计算量。因此目前的研 综上所述，将移动质量识别等效为移动荷载识 究主要集中在与移动质量等效的移动荷载识别，从 别，虽然简化了模型参数计算，但同时增加了识别的 而将时变系统转化为时不变体系。识别移动荷载一 未知量数目，随之提高了所需的传感器数目