基于频响函数和遗传算法的结构损伤识别研究.pdf

振动与冲击 OFVIBRATIONANDSHOCK 第27卷第12期 JOURNAL 基于频晌函数和遗传算法的结构损伤识别研究 邹万杰1一，瞿伟廉1 (1．武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉430070；2．广西工学院土木系，柳州545006) 摘 要：提出一种基于频响函数和遗传算法的结构损伤识别方法。以单元刚度折减因子为遗传算法的优化变量， 以测试频响函数和计算频响函数的形状相关系数来构造遗传算法的优化目标函数和适应度函数；为克服二进制编码的缺 点，采用浮点数编码方案；最后通过一个桁架结构模型进行数值模拟，计算结果表明，即使在考虑一定测量噪声水平的情 况下，仍然能够准确识别出结构的多处损伤，验证了该方法的有效性和可行性。 关键词：频响函数；遗传算法；形状相关系数；损伤识别 中图分类号：TU312 文献标识码：A 损伤识别是土木工程结构健康监测系统的核心技 (2) 术，也是其研究的难点之一，是当前国内外研究的热点 问题¨J。结构损伤识别的方法总体上可以分为基于静 由上式得 力学的方法和基于振动的方法。由于振动信号便于测 X(∞)=H(∞)F(∞) (3) 量，传感器可以安装在人T难以接近的结构部位以及 式中，H(to)即称为频响函数矩阵，如下所示 动力测量数据能够反映结构整体性能等优点，因此，近 (4) 年来基于振动的损伤识别方法得到了广泛的研究嵋J。 忽略阻尼的影响，上式成为 基于计算智能的方法是损伤识别重要方法之一，遗传 H(to)=(一甜2M+K)“(5) 算法(Genetic Algorithm，简称GA)是计算智能的一个 2遗传算法在结构损伤识别中的应用 重要组成部分，与常规的数学方法相比，它具有高度的 自适应性、鲁棒性和并行性，冈而对于包含非确定性和 2．1遗传算法的目标函数及适应度函数 噪声的信息也有一定的处理能力，是一种典型的全局 无损结构的总刚可以表示为 优化方法1。基于振动方法的结构损伤识别问题可以 K=∑Ki (6) 归结为参数识别问题，凶而可以采用最优化方法求解。 式中K为扩阶为总刚阶数后的无损伤单刚。 目前一些基于频率和振型等模态参数的研究成果表明 损伤结构的单刚可以表示为 了GA在结构损伤识别应用中的有效性H。10|。模态频 Kdi=diKi (7) 率测试精度高，但它是一个全局量，对结构局部损伤不 式中，嘶为单元刚度折减因子。 敏感，模态振型包含的损伤信息丰富，在数值仿真分析 则损伤结构的总刚可以表示为 中，损伤识别的效果较好，但其测试困难，测试精度低， (8) ＆=∑Kdi=∑a,Ki 而且难以测量全部自由度的振型值，尤其是高阶振型 因此可以各单元刚度折减因子嘶为遗传算法的设 的测试结果是不可靠的。频响函数(FRF)包含的信息