基于人工免疫算法的结构损伤识别

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由于自然的、人为的等各种原因,土木工程结构总会发生损伤,当损伤积累到一定程度,效能就会下降,甚至失去工作能力,从而对国家、社会和人民的生命、财产等产生重大威胁,给国家、社会和人民造成的经济损失不可估量。因此,对现有结构的损伤的检测有着重要的意义。结构的动力特性是由结构的物理参数(包括质量、刚度、阻尼等)决定的,结构发生损伤后,其各种物理参数发生改变(尤其是刚度变化),从而导致结构相应的动力特性的改变。因此,建立结构动力特性变化与结构损伤之间的映射关系便可以实现结构的损伤识别。在实际工程中,时域响应的获取较为简单快速。结构损伤,同样会改变结构的时域响应的统计特性,时间序列模型可以将大量时域响应数据凝聚为少数的模型参数(自回归系数、滑动均值系数和模型残差),其中的自回归系数包含系统的固有特性,可根据它对系统的状态进行诊断。神经网络、模糊数学、遗传算法、人工免疫算法等人工智能理论的发展,为结构损伤识别技术的发展提供了新的思路和方法。本文利用人工免疫算法领域已取得的成果,将人工免疫算法应用到结构的损伤识别中,主要完成以下几方面的工作:①本文研究了几种主要的人工免疫算法,阐述了人类免疫系统的原理、主要结构以及人工免疫系统的重要机制和典型特征。综合比较这几种算法,本文采用一般免疫算法作为损伤识别的产生算法,并对其进行了一些改进。②运用模态应变能法耗散率理论对桁架结构进行结构初步定位分析,再利用人工免疫算法对结构进行进一步的损伤定位与定量分析,验证人工免疫算法的可行性。③利用MATLAB语言编制程序对六层层间剪切结构进行动力时程分析,再采用时序分析法中AR模型对结构动力时程响应的时间序列进行数据处理,并与人工免疫算法结合进行结构损伤识别。
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