损伤识别
结构健康监测与损伤识别技术研究与应用

结构健康监测与损伤识别技术研究与应用结构健康监测与损伤识别技术是一项旨在保障建筑和工程结构安全的重要技术。
随着建筑和工程结构日益复杂和多样化,监测和检测技术的研究和应用变得尤为重要。
本文将对结构健康监测与损伤识别技术的研究与应用进行综述。
一、结构健康监测技术结构健康监测技术是指通过使用传感器和数据采集系统等设备对结构进行实时监测和记录,以获取结构的运行状态和健康信息。
这些技术主要利用振动响应原理,通过对结构振动信号的采集、处理和分析,实现对结构状态的监控。
在结构健康监测技术中,常用的传感器包括加速度计、应变计和压力传感器等。
通过这些传感器获取的数据,可以用于评估结构的振动响应、变形和应力状态。
目前,结构健康监测技术主要应用于桥梁、建筑物、风力发电机组等结构的安全评估和预警。
例如,对于桥梁结构,可以利用结构健康监测技术实时监测桥梁挠度、应变和塑性变形等信息,以判断桥梁结构是否存在潜在的损伤和疲劳。
这种技术的应用可以提前发现和修复结构中的潜在问题,避免事故的发生,确保人员和财产的安全。
二、结构损伤识别技术结构损伤识别技术是指通过对结构的振动响应和变形等数据进行分析和处理,识别结构中的损伤或缺陷。
通过损伤识别技术,可以在损伤出现之前或损伤程度较轻时即时发现和评估结构的损伤情况,从而采取相应的维修和加固措施,延长结构的使用寿命。
结构损伤识别技术主要基于结构动力学理论和模型。
通过对结构振动信号进行频域分析、时域分析和模态分析等,可以提取结构的特征参数,并进行损伤识别和评估。
在结构损伤识别技术中,最常用的方法包括模态参数法、频域参数法和时域参数法等。
模态参数法利用结构的模态特性来识别损伤,频域参数法和时域参数法则通过分析结构的频谱和时间响应来识别损伤。
结构损伤识别技术广泛应用于各种建筑和工程结构中。
例如,在桥梁维护中,可以利用损伤识别技术实时监测桥梁的挠度、频响和模态等参数,以识别桥梁中的损伤和缺陷。
这种技术的应用可以及时发现和修复结构中的损伤,提高结构的安全性和可靠性。
桥梁结构损伤识别简介

0 v
Ω
vT C
b 1Iα
10
v [v1,vl ]T Ω [kj ], j, k 1,2,,l, kj K (uk ,u j )
• 核函数的选择 多项式核函数、Gauss径向基核函数和Sigmoid核函数等
➢ 损伤识别模型
l
f (u) sgn( vii K (ui ,u)) b) i1
• Bayesian classiห้องสมุดไป่ตู้iers
• K-nearest neighbor rules
Statistical Learning Theory
• Support vector • Network
classifiers
所采用过的识别方法
➢ 模式识别方法
• 思路复杂,求解复杂;
• 考虑了随机因素,易得与实际相符的结果;
目录
1
损伤识别特点
2
所采用过的识别方法
3 基于统计学习理论的模式识别方法
损伤识别特点
➢ 损伤识别 土木结构损伤识别主要是针对具体的土木工程结构,利用各
种监测到的结构整体响应数据(位移、应变、内力、加速度等) ,结合信号处理、人工智能、数理统计、随机过程等相关学科的 知识,对结构有无损伤、损伤的类型、严重性、位置和程度等进 行合理评判。
基于统计学习理论的模式识别方法
➢ 关键步骤
基于统计学习理论的模式识别方法
➢ 构建损伤指标
• 与统计学习理论的具体实现算法相匹配 • 可分性 • 抗噪声性
➢ 优化样本库
• 结构状态 • 荷载种类 • 样本选择
核子空间样本选择方法
基于统计学习理论的模式识别方法
➢ 选择具体实现算法
• 支持向量机算法的选择 最小二乘法支持向量机
人体损伤鉴定标准全文

人体损伤鉴定标准全文
对于人体损伤的鉴定标准,通常是根据法医学的相关知识和法
律法规来进行判断的。
人体损伤鉴定标准主要包括以下几个方面:
1. 外伤的形态特征,法医学鉴定外伤时,需要对外伤的形态特
征进行观察和描述,包括外伤的部位、大小、形状、颜色、溃烂程
度等。
这些特征可以帮助确定外伤的性质和可能的原因。
2. 外伤的组织学改变,法医学鉴定外伤还需要对外伤部位的组
织学改变进行分析,包括皮肤、软组织、骨骼等的损伤情况,以及
可能的愈合情况。
这些改变可以提供外伤的时间、程度和性质等重
要信息。
3. 外伤的致伤机制,通过对外伤造成的致伤机制进行分析,可
以帮助确定外伤的可能原因,比如是意外伤害、自残还是他殴伤等。
4. 外伤与受害者的联系,鉴定人体损伤还需要考虑外伤与受害
者的联系,包括外伤是否与受害者的陈述相符,是否有可能的自卫
行为等。
5. 法律法规的要求,最后,人体损伤的鉴定还需要符合相关的法律法规要求,比如对于家庭暴力、交通事故等特定情况下的鉴定标准。
总的来说,人体损伤的鉴定标准是一个综合性的判断过程,需要结合外伤的形态特征、组织学改变、致伤机制、与受害者的联系以及法律法规的要求等多个方面来进行分析和判断。
同时,鉴定人员需要具备扎实的法医学知识和丰富的实践经验,以保证鉴定结果的准确性和公正性。
混凝土损伤识别的原理与方法

混凝土损伤识别的原理与方法混凝土损伤识别是指对混凝土构件的损伤状态进行判定和诊断的过程。
混凝土结构的损伤主要包括裂缝、腐蚀、剥落、变形等多种形式,这些损伤会影响混凝土结构的力学性能和耐久性能,进而影响结构的安全性和使用寿命。
因此,混凝土损伤识别具有重要的理论意义和实际应用价值。
一、混凝土损伤识别的原理混凝土损伤识别的原理主要涉及以下几个方面:1. 混凝土的力学性能混凝土是一种复合材料,其力学性能受到多种因素的影响,如材料成分、配合比、加工工艺等。
混凝土的力学性能主要包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比等指标。
这些指标可以通过实验室或现场测试进行测定,用于评估混凝土的力学性能和损伤程度。
2. 损伤的形态和特征混凝土损伤的形态和特征是识别损伤的重要依据。
不同形态的损伤通常具有不同的特征,如裂缝的数量、长度、宽度、分布情况等。
通过对损伤形态和特征的观察和分析,可以初步判断混凝土结构的损伤状况。
3. 损伤的机理和发展规律混凝土损伤的机理和发展规律也是识别损伤的重要依据。
不同类型的损伤通常由不同的机理引起,如裂缝的发生可能是由于混凝土的收缩、膨胀、变形、温度变化等原因引起的。
通过了解不同类型损伤的机理和发展规律,可以更准确地把握混凝土结构的损伤程度和发展趋势。
4. 检测方法和技术混凝土损伤识别的核心是检测方法和技术。
目前常用的混凝土损伤检测方法包括视觉检测、声学检测、电学检测、磁学检测、红外检测等。
这些检测方法可以在不破坏混凝土结构的情况下,通过观察和测量混凝土结构的表面形态、声音、电磁场等信息,来判断混凝土结构的损伤状况。
二、混凝土损伤识别的方法混凝土损伤识别的方法主要包括以下几个方面:1. 视觉检测法视觉检测法是最简单、最常用的损伤识别方法。
通过肉眼直接观察混凝土表面的裂缝、剥落、腐蚀等损伤形态和特征,可以初步判断混凝土结构的损伤情况。
视觉检测法的优点是简单易行、成本低廉,但其缺点是受到人为因素和环境因素的干扰较大,识别效果不稳定。
混凝土结构损伤识别方法

混凝土结构损伤识别方法混凝土结构损伤识别方法混凝土结构是建筑中常用的一种结构形式,它具有强度高、耐久性好、施工方便等优点,但长期的使用和自然环境的影响也会导致混凝土结构的损伤,如裂缝、鼓泡、腐蚀等,严重影响结构的安全性和使用寿命。
因此,混凝土结构损伤识别方法的研究具有重要的意义。
一、损伤识别方法的分类根据损伤识别的手段和原理,混凝土结构损伤识别方法可以分为以下几类:1.目测法目测法是最简单、最直观的一种损伤识别方法,通过肉眼观察混凝土结构表面的裂缝、鼓泡、腐蚀等损伤情况来判断结构的安全性。
虽然目测法操作简单,但只能检测到表面的损伤,无法检测到深层的损伤。
2.声波检测法声波检测法是利用超声波技术对混凝土结构进行检测的方法。
它通过声波在混凝土中的传播速度和反射情况来判断混凝土结构的完整性和损伤情况。
声波检测法可以检测到深层的损伤,但需要专业的设备和操作技能。
3.电磁波检测法电磁波检测法是利用电磁波技术对混凝土结构进行检测的方法。
它通过电磁波在混凝土中的反射和透射情况来判断混凝土结构的完整性和损伤情况。
电磁波检测法可以检测到深层的损伤,但需要专业的设备和操作技能。
4.红外线检测法红外线检测法是利用红外线技术对混凝土结构进行检测的方法。
它通过测量混凝土表面的热辐射情况来判断混凝土结构的完整性和损伤情况。
红外线检测法可以检测到深层的损伤,但需要专业的设备和操作技能。
5.毫米波检测法毫米波检测法是利用毫米波技术对混凝土结构进行检测的方法。
它通过测量混凝土表面的毫米波反射情况来判断混凝土结构的完整性和损伤情况。
毫米波检测法可以检测到深层的损伤,但需要专业的设备和操作技能。
二、常用的混凝土结构损伤识别方法1.目测法目测法是最简单、最直观的一种损伤识别方法。
它通过肉眼观察混凝土结构表面的裂缝、鼓泡、腐蚀等损伤情况来判断结构的安全性。
目测法操作简单,但只能检测到表面的损伤,无法检测到深层的损伤。
目测法的操作流程如下:(1)观察混凝土表面的裂缝、鼓泡、腐蚀等损伤情况;(2)根据损伤情况判断结构的安全性。
一种基于频率的损伤识别新方法

一种基于频率的损伤识别新方法摘要:在工程实践中,结构损伤识别一直是一个具有挑战性的领域。
传统的损伤识别技术主要依赖于结构零件平衡和质量变化等可测量的物理特征,但这些方法在某些情况下并不适用。
因此,本文提出了一种基于频率的损伤识别新方法。
该方法在结构振动响应的频率域中使用指标来识别结构中的损伤。
和传统技术相比,此方法可以在复杂结构中更准确地检测损伤。
关键词:损伤识别、频率域、振动响应引言:结构损伤识别是评估结构安全性和使用寿命的重要方法。
在过去几十年里,许多技术已被开发用于识别结构损伤,如模态分析、有限元分析和监测技术等。
然而,这些方法在某些情况下并不适用,例如,当损伤非常微小或结构非常复杂时。
因此,近年来,越来越多的研究开始关注基于振动响应频率的损伤识别方法。
这些方法基于振动响应的频率域,使用不同的指标来识别结构中的损伤。
与传统技术相比,这些方法可以更好地应用于复杂结构。
在本文中,我们介绍了一种基于频率的损伤识别新方法。
我们首先回顾了现有的损伤识别技术,并强调频率域的重要性。
接着,我们简述了该方法的基本原理和流程,并展示了在某些复杂结构中的应用实例。
最后,我们总结了该方法的潜力以及未来的研究方向。
1.损伤识别的现有技术目前,主要的损伤识别技术包括模态分析、有限元分析和监测技术。
这些技术有如下特点:(1)模态分析:模态分析是一种基于结构固有振动模型的方法。
在损伤发生时,固有振动模型会发生变化。
因此,可以通过对比损伤前后的振动模型来确定损伤位置和严重程度。
(2)有限元分析:有限元分析是一种通过建立结构有限元模型来预测结构响应的方法。
在损伤发生时,结构响应也会发生变化。
因此,可以通过对比损伤前后的响应来确定损伤位置和严重程度。
(3)监测技术:监测技术是一种通过测量结构响应来识别损伤的方法。
这些技术包括加速度计、应变计、温度计等传感器的应用以及无线传感器网络(WSN)等无线监测系统的应用。
然而,这些技术难以适用于某些情况,如当损伤非常微小或结构非常复杂时。
承压设备损伤模式识别概述
承压设备损伤模式识别概述承压设备是指能承受一定压力并用于储存、运输或加工气体或液体的设备,例如压力容器、锅炉、管道等。
这些设备在使用过程中可能会受到各种因素的影响而造成损伤,包括磨损、腐蚀、疲劳、裂纹等,这些损伤可能会导致设备的性能下降甚至发生事故。
为了及时发现并解决承压设备的损伤问题,对损伤的识别和分析变得尤为重要。
损伤模式识别是指通过对设备损伤特征的分析和识别,来确定损伤的类型、位置、程度和可能的原因,从而为设备的维修、改进和优化提供依据。
承压设备的损伤模式主要包括以下几种:1. 磨损:由于设备长期受到摩擦、磨损和冲蚀,导致设备表面的材料损坏和磨损。
2. 腐蚀:设备在潮湿、酸碱环境中长期使用,导致设备表面的金属材料被化学腐蚀和腐蚀。
3. 疲劳:由于设备长期受到循环载荷的作用,导致设备的局部材料疲劳裂纹和损伤。
4. 裂纹:由于设备的材料或焊缝存在缺陷或受到外部载荷的作用,导致设备产生裂纹。
5. 脱层:由于设备在使用过程中受到内部或外部的压力应力,导致设备表面的涂层、热障层、涂覆物等脱落。
损伤模式识别的方法主要包括:目视检查、检测仪器、无损检测技术、材料分析等。
通过这些方法,可以对设备进行全面的损伤检测和分析,及时发现并解决设备的损伤问题,确保设备的安全运行和高效使用。
总之,通过对承压设备的损伤模式进行识别和分析,可以帮助企业及时发现设备的问题,并采取相应的措施进行维修和改进,提高设备的安全性和可靠性,为企业的生产运营提供保障。
承压设备的损伤模式识别对于保障设备的安全性和可靠性至关重要。
损伤模式识别不仅仅是对设备损伤的表面观察和直接判断,更是需要进行深入的分析和分辨,以确定损伤的类型和程度,以及可能的原因和影响。
只有通过系统化的识别和分析,才能及时采取有效的措施来修复和预防损伤,从而提高设备的寿命和运行效率。
在损伤模式识别的过程中,目视检查是最基本的方法之一。
通过对设备表面的检查和观察,可以初步了解设备的损伤情况,包括磨损、腐蚀、裂纹等。
9.损伤模式识别
√一、损伤、失效及检验方法概述√二、常见损伤模式、案例及检验策略1.腐蚀损伤2.材质劣化3.机械损伤4.其他损伤√三、小结一、损伤、失效及检验方法概述几个概念:损伤损伤模式失效失效分析事故事故调查检验技术=检测技术+评价技术检测技术=无损检测+性能试验——发现和量化缺陷。
——想办法找出缺陷评价技术=应用断裂力学、损伤力学等应用科学,分析设备的安全性。
——能不能用?能用多久?解决方案?关于检验种类及评定方法>>依据法规的检验>>基于失效模式的检验(或针对性检验、预知检验)>>基于风险的检验(RBI)>>在线检验>>基于安全状况等级的评定方法>>基于损伤寿命的评定方法>>可靠性、失效概率评定方法等等二、常见损伤模式、案例及检验策略GB/T30579-2014《承压设备损伤模式识别》(5类73种)第1类:腐蚀减薄(25)①全面腐蚀(均匀腐蚀):盐酸、硫酸、氢氟酸、磷酸、二氧化碳(碳酸)、环烷酸、苯酚、有机酸、高温氧化、大气(有、无隔热层)、冷却水、土壤、苛性碱、氯化铵、胺、高温硫化物、酸性水、甲铵腐蚀等②局部腐蚀(非均匀腐蚀、局部减薄):微生物腐蚀、锅炉冷凝水腐蚀、燃灰腐蚀、烟气露点腐蚀等等第2类:环境开裂(13)氯化物应力腐蚀开裂、碳酸盐、硝酸盐、碱、氨、胺、湿硫化氢破坏(氢鼓包、氢致开裂、应力导向型氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂)、氢氟酸致氢应力开裂、氢氰酸致氢应力开裂、氢脆、高温水、连多硫酸、液体金属脆断等第3类:材质劣化(15)晶粒长大、渗氮、球化、石墨化、渗碳、脱碳、金属粉化、σ相脆化、475°C脆化、回火脆化、辐照脆化、钛氢化、再热裂纹、脱金属腐蚀、敏化—晶间腐蚀等等第4类:机械损伤(11)机械疲劳、热疲劳、振动疲劳、接触疲劳、机械磨损、冲刷、汽蚀、过载、热冲击、蠕变、应变时效等等第5类:其他损伤(9)高温氢腐蚀、腐蚀疲劳、冲蚀、蒸汽阻滞、低温脆断、过热、耐火材料退化、铸铁石墨化腐蚀、微动腐蚀等等1.腐蚀损伤(腐蚀减薄+环境开裂)腐蚀概述金属与周围介质间由于化学或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀。
结构健康监测与损伤识别
结构健康监测与损伤识别随着工程技术的不断发展,建筑结构的健康监测和损伤识别变得越来越重要。
结构健康监测是指通过监测和评估建筑结构的各项指标,以实时了解结构的健康状态。
而损伤识别是通过分析监测数据,识别结构中的潜在问题和损伤情况。
本文将介绍结构健康监测与损伤识别的相关技术和应用。
一、结构健康监测技术1. 传感器技术传感器技术是结构健康监测的重要手段之一。
常见的传感器包括应变计、加速度计、温度计等,它们可以对结构的变形、振动、温度等参数进行实时监测。
通过传感器采集的数据可以用于评估结构的健康状态,及时发现结构的异常变化。
2. 图像识别技术图像识别技术在结构健康监测中也具有重要应用。
通过摄像机或无人机等设备获取建筑结构的图像,可以对结构的裂缝、变形等进行识别和分析。
图像识别技术可以实现对大范围区域的监测,并能够实时获取图像数据,提供信息反馈和决策支持。
3. 数据分析与处理技术结构健康监测中的数据分析与处理技术是将采集的监测数据进行提取、分析和处理,以获取结构健康信息的过程。
常见的数据处理方法包括频域分析、时域分析、小波分析等。
这些方法可以帮助工程人员了解结构的振动特征、频率响应等,通过与标准数据进行对比,判断结构是否存在异常。
二、结构损伤识别技术1. 模型更新方法模型更新方法是一种常用的结构损伤识别技术。
通过与实际监测数据进行比对,可以对结构模型中的特性参数进行修正,以反映结构的实际情况。
模型更新方法主要基于系统辨识理论,通过优化算法来修正模型参数,实现对结构的准确识别。
2. 统计学方法统计学方法在结构损伤识别中也有广泛应用。
通过对结构监测数据进行统计分析,可以检测出结构中的潜在问题和损伤情况。
常见的统计学方法包括主成分分析、模式识别等,它们能够从大量的监测数据中提取有效信息,实现对结构的精确评估。
3. 人工智能方法近年来,人工智能方法在结构损伤识别领域取得了重要进展。
机器学习算法、深度学习算法等人工智能方法可以对大量数据进行训练和分析,从而实现对结构的自动化损伤识别。
掌握10种事故伤害类型口诀,让你在事故发生时快速识别伤害类型
掌握10种事故伤害类型口诀,让你在事故发生时快速识别伤害类型随着社会的发展和人们生活节奏的加快,事故伤害已经成为我们生活中无法忽视的问题。
为了帮助大家更好地应对各种事故伤害,我们总结了10种事故伤害类型口诀,让你在事故发生时能够快速识别伤害类型,为后续的救治争取宝贵时间。
一、机械性损伤口诀:锐器切,钝器撞,砸伤挤压要记详。
解释:机械性损伤是指由于外界物体的打击、挤压等造成的人体损伤。
根据口诀,锐器造成的切割伤、钝器造成的撞击伤、以及重物砸伤和挤压伤,都需要详细记录。
二、烧烫伤口诀:火焰烧,热水烫,化学烧伤别忘掉。
解释:烧烫伤是指由火焰、热水、化学物质等引起的皮肤及黏膜损伤。
特别需要注意的是化学烧伤,因为化学物质的种类和浓度不同,对人体的伤害也不同。
三、电击伤口诀:高压电,低压电,电流大小需分辨。
解释:电击伤是指人体与电源直接接触而遭受电流伤害。
根据口诀,高压电和低压电需要区分开来,电流大小也需要特别注意,因为不同情况下的电击伤救治方法也不同。
四、窒息伤口诀:异物入,闭气道,急救方法要知晓。
解释:窒息伤是指外界异物进入人体呼吸道或者人体自身呼吸道堵塞引起的呼吸困难甚至窒息。
在遇到窒息伤的情况下,要立即采取急救措施,如清除异物、开放气道等。
五、中毒口诀:气体毒,液体毒,固体毒物要分清。
解释:中毒是指人体通过吸入、食入、皮肤接触等途径摄入有毒有害物质而引起的中毒症状。
根据口诀,气体毒物、液体毒物和固体毒物需要区分开来,以便采取不同的救治措施。
六、溺水口诀:呼吸停,心跳停,急救复苏要抓紧。
解释:溺水是指人体淹没在水中,造成呼吸和心跳停止。
在溺水的情况下,要立即采取急救措施,如心肺复苏等,以恢复患者的生命体征。
七、交通事故口诀:撞车伤,摔跌伤,保护现场最重要。
解释:交通事故是指车辆在道路上因过错或者意外造成的人身伤害或者财产损失。
在遇到交通事故时,要立即报警并保护现场,同时根据伤情采取适当的急救措施。
八、跌落伤口诀:高处落,低处摔,骨折脱位要明白。
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桥梁结构损伤识别研究综述摘要:首先阐述了桥梁结构损伤识别在桥梁结构中的重要性,介绍了国内外桥梁结构损伤识别研究现状,在此基础上,又介绍了用于桥梁结构的各种损伤识别方法和存在的问题,最后提出了桥梁结构损伤识别的发展方向。
关键词:损伤识别,桥梁结构,神经网络,曲率模态引言桥梁结构在长期使用过程中会发生各种损伤,导致桥梁结构的承载能力的降低,甚至会导致桥梁的倒塌,造成巨大的经济损失和人员伤亡。
为了保证桥梁的安全性,需要及时的发现桥梁结构存在的损伤情况。
目前,桥梁结构损伤识别已经成为国内外研究的热点。
1 国内外桥梁结构损伤识别研究现状损伤识别最早用在航天及机械领域并得到了广泛的研究,在健康监测引起普遍关注的同时被应用在桥梁领域。
鉴于桥梁所处环境的复杂性及结构特性的随机性,桥梁的损伤识别目前还没有一个统一的标准或准则参考,实际的应用也较少,但还是取得了一些成就。
自70年代以来,随着振动测试和分析技术的发展,国际上广泛开展了应用振动技术对机器设备与工程结构进行损伤识别和监测的研究。
近年来,国外学者在利用振动模态分析理论进行结构损伤识别方面开展了大量的研究工作,提出了各种各样的识别方法。
早期,主要是以Vandiver和Begg[9]等的研究工作为基础,根据模态频率的变化来探测桥梁结构的损伤。
Spyrakos[5]进行了一系列的桥梁模型试验,分别测试了模型梁在不同类型、位置和程度损伤条件下的低频自振特性,发现一定水平的损伤与结构动态特性有确定的相关性,但是仅用频率改变作为结构损伤因子是不充分的。
Aktan等则从结构静力柔度阵出发,根据桥梁载重汽车静力测试结果,通过对比观测模态柔度和静力测试柔度,评估了模态柔度作为损伤指针的可靠性。
除了这些较为零星的工作以外,美国通过I-40桥梁项目和Alamosa峡谷项目,对桥粱健康诊断中的结构损伤识别方法进行了系统的研究,试验结果表明振型关于结构损伤识别伤较为敏感。
Stubbs等[8]也对I-40桥进行了损伤识别的研究,利用振型曲率计算了结构局部应变能,通过应变能的改变来识别桥梁的损伤。
这种算法能在未知结构材料特性的条件下,进行结构损伤定位。
Farrar和Jauregui仍然以I-40桥为研究对象,认为振型数据对损伤定位和定量的研究更加有用。
同时,运用神经网络进行损伤识别的方法也被推广到桥梁工程中。
1997年worden用神经网络作为自联想器来对结构进行异常检测,并提出了自联想器的形成、异常指标、模式识别的特征及学习方法。
国内对结构损伤识别问题也开展了大量的研究工作。
关于结构损伤识别,袁万城等[10]将其分为模型修正法和指纹分析法两大类。
模型修正法主要用试验结构的振动反应记录与原先的模型计算结果进行综合比较,利用直接或间接测知的模态参数、加速度时程记录、频率响应函数等,通过条件优化约束,不断地修正模型中的刚度分布,从而得到结构刚度变化的信息,实现结构的损伤判别与定位。
秦权等以香港青马大桥为背景,对桥梁健康监测中的模态识别、损伤识别、传感器优化布置和误差分析等问题进行了研究,为青马大桥健康诊断系统的实现提供了一定的理论依据。
2 桥梁结构损伤识别方法损伤识别是基于结构振动的损伤识别方法,其基本原理是结构模态参数(固有频率、模态振型等)是结构物理特性(质量、阻尼和刚度)的函数,因而物理特性的改变会引起系统动力响应的改变。
经过多年的研究实践,各国学者提出过很多损伤识别方法。
下面介绍几种桥梁结构损伤识别中比较常见的方法。
2.1 基于动静力测量数据的桥梁结构损伤识别方法模型修正理论的结构损伤在结构动力学中最大的困难是结构模态测试数据不完备、结构模型噪声和测量的误差。
为借助更多反映结构状况的实测信息,基于振动模态数据的子结构修正法提出来一种联合运用动力和静力量测数据的损伤识别方法,这一方法克服了工程实际中自由度不足的困难。
利用静动力测量数据的桥梁损伤识别方法中首先是一种利用结构振动模态数据修正结构刚度的子结构算法(包括基于振动模态数据的子结构修正、基于静力位移量测值的子结构修正和推广的子结构修正法),然后将这一方法推广为同时利用振动模态数据和静力位移量测技术的损伤识别方法。
最后,从对一悬臂梁的损伤仿真试验中证明了利用静动力测量数据的桥梁损伤识别方法在现有测试条件下能够较好的识别结构的损伤,实验结果有较高的可信度。
2.2 基于振动的桥梁损伤识别方法随着使用年限的增加,工程结构中桥梁的长期检查仍然是定期人工检查,鉴于定期人工检查的局限性,基于振动的桥梁损伤识别方法逐渐引入现代桥梁损伤识别中来。
基于振动的损伤识别方法按照所利用的特性量是否使用结构模型可以分为有模型识别方法和无模型识别方法。
无模型损伤识别的方法是通过分析比较直接从振动响应的过程或者相应的傅里叶谱和其他变换得到的特征量,从而识别损伤的方法;有模型识别方法按照求解问题的方法可以分为动力指纹分析法和模型修正法两类。
2.3 基于神经网络的桥梁损伤位置识别方法大型桥梁的损伤检测过程可以分为损伤报警、损伤区域定位、具体损伤构件的损伤程度的识别三个阶段。
对桥面结构损伤区域的定位常用的方法是用损伤区域定位指标、模态曲率指标、模态柔度指标等来指示损伤区域。
由于这些结构指标对测量数据的数量过多的要求,使得这些方法在大型工程结构上的实际应用受到较大的限制,因此神经网络技术在损伤识别中的使用价值得到进一步体现。
1999年Chan等人用神经网络对青马悬索桥进行了异常检测。
2000年Ko等人用自联想神经网络对香港汀九斜拉桥进行了异常检测。
文献[3]中对基于神经网络的损伤识别进行了详细的研究。
2.4 基于曲率模态的桥梁损伤识别方法根据结构动力学理论可知,结构损伤的存在会影响结构的动态特性。
一般会降低结构的刚度、增大阻尼、改变振动频率与振动模态、引起结构边界条件的变化等,是结构显示出与正常结构相区别的动态特性,因此可以利用结构系统各种模态参数的变化作为特性标识量来诊断结构的损伤。
利用曲率模态法进行结构损伤检测之前首先要解决损伤标识量选择问题,并且需要满足两个基本条件:一是对局部损伤敏感;二是位置坐标的单调函数。
在试验中必须控制噪声,当位移模态噪音小于1%时,噪音的影响不太明显,超过1%时,则损伤位置很难检测出来。
2.5 基于小波分析的桥梁结构损伤识别方法小波分析是一种信号的时间.频率分析方法,是近来得到迅速发展并形成研究热潮的信号分析新技术,被认为是对Fourier分析方法的突破性进展,在图像处理、分析、奇异性检测等方面已有很成功的应用。
它具有多分辨率分析的特点,而且在时频域都具有表征信号局部特征的能力,很适合探测正常信号中夹带的瞬态反常现象并显示其成分,而信号中的突变信号往往对应着结构的损伤,利用连续小波变换进行系统故障检测与诊断具有良好的效果。
小波分析是数学理论中调和分析技术发展的最新成果,被公认为是工具和方法上的重大突破,它不仅具有完美的数学内涵,而且具有重要的应用价值。
文献[5]对基于小波包能量的桥梁损伤识别进行应用了研究。
2.6 基于单元模态应变能法的桥梁结构损伤识别方法基于单元模态应变能法是根据桥梁结构损伤前后动力特征变化的分析,导出单元损伤引起的结构模态振型的改变系数,然后运用结构局部损伤因子法建立单元损伤敏感的指示因子,从而推导出单元损伤前后的单元模态应变能的变化,并对损伤单元与未损伤的单元之间的关系进行了研究。
最后以单元模态应变能的变化率作为损伤定位的判别参数,对桥梁结构进行损伤识别。
基于单元模态应变能法的桥梁损伤识别对系杆拱桥局部损伤进行识别有较好的识别效果,对于其它桥梁应该在知道损伤前、后的模态振型和单元刚度振型等信息的前提下才可以运用单元模态应变法对其进行损伤识别。
3 桥梁损伤识别目前存在的问题①大型桥梁的构件数目和动力自由度数目巨大,所需的计算工作量对于目前的个人计算机而言都是难以完成的。
现在的损伤识别技术多是建立在线性模型的基础上,而对于非线性明显的结构损伤识别的精度较低。
②由于通常得到的结构模态信息只有前阶是准确的,所以那些基于完备模态信息的技术往往难以有效识别结构的损伤。
此外,由于桥梁结构的动力自由度数目巨大,而实际可测试获得的自由度数比之要少得多,因此测试数据的信息是不完备的。
③桥梁结构振动信息非常复杂,振型和频率从本质上说是属于结构的宏观信息,利用它们实现比较精确的损伤定位是非常困难的,复杂结构尤其如此。
目前大部分研究成果仍集中于简单的梁式桥梁结构损伤识别。
④许多识别方法都依赖于高精度的动力测试,而桥梁结构由于其测量噪声及其它因素的存在使损伤识别在实际工程中的应用受到了限制。
如何提高损失数据的采集精度,从而减少噪声对真值的掩盖有待继续研究。
⑤单一使用某种方法都有其不足。
频率和振型无法对结构损伤精确定位;模型修正法一般需要比较完备的测试数据,否则只能找到损伤的大概区域;灵敏度分析法的设计变量不能太多,否则计算量巨大难以实现;而人们普遍看好的神经网络法由于大型结构的自由度数量巨大且损伤种类多样使得网络结构非常复杂,训练样本巨大而难以实现有效识别。
⑥损伤识别方法有效性:桥梁结构的动力特性对某些构件或位置处损伤并不敏感,因此发展可靠性强、识别精度高的算法及如何构造更为合理敏感的动力评判指标显得更为必要。
⑦计算模型与建造完成的实体结构不一致,造成模型误差。
而损伤识别方法对初始模型的依赖较强。
由此初始模型的误差将直接带入识别结果中。
如何建立与实际结构力学特性相一致的计算模型亟待解决。
4 发展方向随着各学科的进一步交叉与同步发展,相信桥梁结构损伤识别这一门新兴的科学将会得到较大的发展。
桥梁的损伤识别工作应该作为新桥设计的一部分来对待。
桥梁损伤识别是涉及结构、计算机、通信、测试技术、信号分析等多个交叉学科的系统工程。
计算智能、小波分析等在损伤识别中的结合给损伤识别开辟了广阔的发展前景,今后的研究应注意交叉学科之间的相互借鉴,汲取其它学科中有用的精华部分,以促进桥梁结构损伤识别的发展。
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