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基于小波有限元与一阶Tikhonov正则化的移动车载识别研究
| 论文题名： | 基于小波有限元与一阶Tikhonov正则化的移动车载识别研究 |
| 关键词： | 移动载荷识别;动态规划法;正则化;车桥系统;小波有限元法 |
| 摘要： | 车桥一直是交通工程的重要部分。在长期的车桥系统监测过程中发现，当移动车辆通过时，桥面所承受的移动载荷不能视为静态的；另一方面，对大跨度公路或铁路桥梁的实时荷载识别及其安全状态评估变得越来越重要和迫切。因此，对车桥系统中的移动载荷进行识别具有至关重要的意义。 本文对车桥系统中的车桥建模及移动载荷识别方法进行了研究，将文中提出的方法与传统的方法想比较，针对不同结构下的模型，分析在不同因素，例如噪声、测量参数、车桥系统参数的影响下，车桥模型及移动车载识别方法的可行性及准确性，为桥梁结构的安全评估及车辆超重监测，也为今后的桥梁设计等提供更为准确的依据。 本文的主要研究内容和取得的成果有： (1)提出了一种新的车桥系统建模方法，即小波有限元法(WFEM)。该方法采用区间B样条小波尺度函数，通过转换矩阵使物理参数以小波系数的函数表达出来，从而将物理空间与小波空间关联，实现模型的小波参数化。利用该小波尺度函数的多尺度多分辨特性，模拟出模型的细节或框架特征，从而达到调节模型精度的目的。基于该模型的振动分析表明，与传统有限元方法(TFEM)相比，本文提出的车桥系统建模方法对单元数需求少且精度高，这对于提高大型或复杂结构模型的精度与分析效率具有重要意义。 (2)提出了一阶Tikhonov正则化技术与动态规划法相结合的移动载荷识别方法。首先对状态空间下的车桥系统运动方程进行离散，通过微小时间步长内各参数间的关系建立起待识别移动载荷与测得动响应之间的联系。采用动态规划法，通过迭代运算建立系统参数与优化变量之间的关系，对优化变量进行逆序与正序的反复迭代运算，最终获得最优的移动载荷。由于识别过程中的病态问题，借助L-曲线法选取最优正则化参数，并采用一阶Tikhonov正则化消除识别结果中的两端振荡现象、平滑噪声的影响。数值仿真结果表明，本文提出的一阶Tikhonov正则化与动态规划法相结合的识别方法，不仅能够平滑噪声，而且能够消除移动载荷进入及移出桥面时的两端振荡现象。 (3)对简支梁及连续梁桥模型上的移动车载进行识别。将本文提出的车桥系统建模方法与TFEM方法进行比较，说明本文建模方法的可行性及对大型结构的适用性。通过对比零阶Tikhonov正则化下的移动载荷识别结果说明一阶Tikhonov正则化与动态规划法识别移动载荷的优越性。同时，分析车桥模型中各种影响因素对移动载荷识别结果的影响。数值仿真结果表明采样频率、车速、测点数目及分布位置、车轴间距等对移动车载的识别结果都有一定程度的影响。 |
| 作者： | 尤琼 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 史冶宇 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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