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基于模态信息熵与两阶段信息融合的梁结构损伤诊断研究
| 论文题名： | 基于模态信息熵与两阶段信息融合的梁结构损伤诊断研究 |
| 关键词： | 梁结构损伤;模态信息熵;D-S证据理论;试验验证分析;信息融合 |
| 摘要： | 近年来，我国桥梁工程事故的频发，结构健康监测系统能及时评估结构的运营状态，有效避免事故的发生，为桥梁结构的维护和管理提供决策的依据，是土木工程领域研究的重点。一方面，损伤识别是结构健康监测的核心部分。另一方面，随着桥梁服役年限的增加，复杂环境中的桥梁因为各种不确定性因素造成损伤的积累，最终可能引发桥梁事故，因此对桥梁结构进行损伤识别方法研究非常有必要。本文主要利用梁结构曲率模态参数的确定性识别方法结合信息熵理论、信息融合理论等不确定性识别方法展开损伤识别方法研究，提出一种基于模态信息熵和两阶段信息融合诊断的损伤识别方法，建立有限元模型，通过数值模拟和理论分析，进行方法的有效性和可靠性验证。通过实验室模型验证了模态曲率熵与两阶段信息融合诊断方法的工程适用性。本文开展的主要工作和研究结果如下： （1）基于曲率模态的理论基础，将模态曲率差、模态曲率比、广义柔度曲率差结合信息熵理论构建模态曲率差熵、模态曲率比熵、广义柔度曲率差熵（GeneralizedFlexibilityCurvatureDifferenceEntropy,GFCDE）三个指标。通过MIDAS/Civil建立简支梁和连续梁有限元模型，对比分析传统模态曲率指标与模态曲率熵指标在不同工况下的损伤结果，引入不同的噪声水平对三种模态曲率熵指标进行抗噪性验证。对比分析结果表明：GFCDE指标的前三阶损伤识别效果、抗噪性明显优于其他两种指标。 （2）引入两阶段D-S证据理论信息融合方法，结合GFCDE指标对桥梁结构损伤识别方法进行进一步研究。建立简支梁和连续梁的有限元模型，获取结构的模态数据，计算结构损伤前后的前三阶GFCDE指标，将每一阶GFCDE损伤识别结果作为单个信息源，基于GFCDE指标和两阶段信息融合的方法编写MATLAB程序，对简支梁和连续梁进行不同工况的损伤识别。融合结果表明：两阶段信息融合的结果相比于仅用GFCDE指标的识别结果更明显，且具有良好的准确性和抗噪性。 （3）通过力锤激励对简支钢梁进行振动模态测试试验，验证GFCDE指标和两阶段信息融合方法在实际工程中的适用性，通过对梁截面开口的深度和宽度模拟损伤程度大小，利用CoinvDASPMAS模态与动力学分析软件获取所需试验结构的前三阶模态振型值和频率值，按照信息融合步骤进行损伤识别与结果分析。实验结果分析表明：基于不确定性分析的两阶段信息融合方法对实验室模型的损伤识别效果较好，对实际工程有一定的指导作用。 |
| 作者： | 文袁 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 项长生;陈红亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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