基于递推随机有限元的随机结构损伤识别方法

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本文在系统总结了近年来结构损伤识别领域比较成熟的方法和新的研究思路基础上,进行了针对实际损伤检测中只能获得低阶模态条件下的结构损伤识别方法研究,提出了适用于建筑结构损伤识别、定位及程度评估的新方法。为此,本文就以下几个方面开展了探索性的研究工作: 1.递推随机有限元(RSFEM)方法研究 本文深入研究了递推随机有限元方法的应用问题,发现递推随机有限元方法能在较宽的随机涨落范围内更好地逼近蒙特卡洛(MC)模拟结果,即使仅采用四阶非正交多项式展式,逼近的幅度仍然提高较大。和MC方法相比,该方法可以节省大量的计算时间。 2.基于递推随机有限元(RSFEM)的随机结构损伤识别方法 在该方法中,随机有限元模型、非损伤结构的统计参数和测量得到的包含测量噪声的特征值和特征向量被用来获得结构的损伤指数。多个计算实例表明该数值方法能够对随机结构的损伤指数进行有效识别。 3.一种应用于平面问题的矩形单元研究 该单元精度高,能为精确而快速地分析结构问题提供保障。其次,它的位移模式与梁柱单元协调,与框架结点位移未知量相同,非常容易构造框架、框架与墙体组合结构的刚度矩阵,对编制程序和计算分析能带来很大的方便。 4.悬臂梁和单层框架结构损伤识别研究 研究表明,在同时考虑模型误差和测量噪声的情况下,基于RSFEM的随机结构损伤识别方法与MC模拟方法相比较,识别结果非常吻合,能对随机结构的损伤指数进行有效识别。 5.三层框架结构的损伤识别研究 研究表明,基于RSFEM的随机结构损伤识别方法能有效识别出三层框架结构的损伤位置与程度,其结果与MC模拟结果也非常吻合。另一方面,损伤识别结果也论证了结构损伤诊断两步法的合理性与有效性。
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