结构损伤识别的小波--遗传退火算法研究

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结构在长期的使用过程中将不可避免地受到环境侵蚀、外荷载作用和材料老化等因素影响,这些破坏因素将造成结构的损伤累积和承载力降低,对结构的安全构成威胁,严重时甚至会导致结构的整体性破坏,引起灾难性事故的发生。因此,采用有效的损伤检测方法来尽早发现结构的损伤,并且对结构的损伤情况给出准确的评估,具有重要的理论意义和工程应用价值。  小波分析是一种信号分析方法,它可以表征信号的局部特性,并且能够分析出信号的奇异点位置,因此可以利用这一特性来准确识别结构的损伤位置;遗传退火算法是一种混合优化算法,它具有较强的搜索最优解的能力,而且其收敛速度较快,可以运用其特性精确识别结构的损伤程度。本文综合了二者的优点,将这两种方法结合起来,提出了一种基于小波-遗传退火算法的结构损伤识别方法。  本文针对一个含有多处损伤的简支梁开展损伤识别研究。首先,运用有限元方法和小波分析理论,获取结构的损伤位置。然后,基于结构的固有频率和模态振型建立算法的目标函数,以损伤程度作为设计变量,分别采用遗传算法、退火算法和遗传退火算法对简支梁进行损伤程度的识别。采用三种算法分别进行迭代运算,从而识别出结构的损伤程度。通过对三种算法识别结果的对比分析,发现遗传退火算法比遗传算法具有更高的识别精度;与退火算法相比,遗传退火算法具有更快的收敛速度。  为了进一步验证小波-遗传退火算法识别损伤的可行性和优越性,采用本文提出的小波-遗传退火算法研究了连续梁的损伤识别问题。以连续梁分别存在2处、3处和4处损伤识别问题进行了研究。数值模拟结果证明了方法的有效性,特别是对于小损伤程度也具有很好的识别效果。因此,本文方法可供工程结构的损伤检测参考。
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