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基于压缩感知理论的移动荷载识别
| 论文题名： | 基于压缩感知理论的移动荷载识别 |
| 关键词： | 桥梁结构;移动荷载识别;压缩感知;正则化稀疏模型 |
| 摘要： | 移动荷载识别作为结构健康监测（SHM）的主要研究方向之一，是土木工程领域的热点研究问题。近几十年来，虽然研究者提出了多种移动荷载识别方法，但是这些方法仍存在许多不足，其中最主要的一个原因是移动荷载识别问题是一个反问题，在噪声的影响下，无法较为准确地识别出移动荷载的大小。本文考虑正则化方法在移动荷载识别问题中的应用，并进一步结合压缩感知理论，进行移动荷载识别研究，着重开展了以下几个方面的研究工作： (1)综述了近年来的移动荷载识别方法，根据是否需要对桥梁结构的空间特性进行离散化，将移动荷载识别方法分为解析模型方法和有限元模型方法，介绍了各种方法的大致思路以及各自的优缺点；简要介绍了正则化技术在移动荷载识别中的应用以及正则化稀疏模型、压缩感知等概念。 (2)提出了基于多参数正则化的移动荷载识别方法。经典的Tikhonov正则化方法对系统矩阵的各阶奇异值均采用相同正则化参数，所提出的新方法进一步考虑了响应与噪声对各阶奇异值的贡献比，对经典的Tikhonov正则化方法的滤波因子进行了修改。以每个奇异值给定不同正则化参数的方式作为多参数正则化方法的一个特例，进行移动荷载识别问题的求解。通过简支梁数值算例将该方法与经典的Tikhonov正则化方法进行比较研究，并研究了该方法的鲁棒性。 (3)提出了基于压缩感知理论的移动荷载识别方法。首先构建了归一化后的移动荷载正交域，同时将正则化稀疏模型与移动荷载识别相结合，提出基于l1范数正则化的移动荷载识别方法，该方法在上述正交域稀疏求解并重构时域移动荷载。在此基础上，将压缩感知理论引入移动荷载识别领域，以压缩感知理论“采集”结构响应信号，构建低维空间移动荷载识别方程，并提出基于压缩感知理论的移动荷载识别方法。通过同样的求解过程，得到时域内的移动荷载。最后应用简支梁数值算例研究了两种方法的适用性以及各自的优缺点。 (4)在实验室进行了空心方管梁的车桥耦合实验，验证了基于l1范数正则化和基于压缩感知理论的两种移动荷载识别方法的正确性和有效性。实验时，在不同的车速条件下，同时采集管梁应变响应和加速度响应，得到车致管梁弯矩和加速度响应数据。通过多工况响应数据组合，采用上述两种方法识别管梁移动车载，分别得到小车前后轴和整车荷载的时程曲线，同时与小车前后轴的质量和总重进行比较，并重构各测点弯矩和加速度响应，与原始响应数据进行比较研究，以期验证两种新识别方法。 |
| 作者： | 刘焕林 |
| 专业： | 力学、固体力学 |
| 导师： | 余岭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 暨南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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