一種基于ei和逐步累積法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于EI和逐步累積法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法，該方法提供的公式可以直接用于計(jì)算不同結(jié)構(gòu)類型、不同計(jì)算跨徑橋梁的傳感器優(yōu)化布設(shè)位置。適用于橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析【技術(shù)領(lǐng)域】。利用本發(fā)明的方法，MAC最大非對角元僅為EI法的五十分之一，逐步累積法的十分之一，且運(yùn)行時(shí)間相對較短。因此，本發(fā)明解決了現(xiàn)有優(yōu)化算法的不足。
【專利說明】一種基于El和逐步累積法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種傳感器優(yōu)化布設(shè)方法，尤其是一種基于EI和逐步累積法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著橋梁結(jié)構(gòu)的跨徑和規(guī)模越來越大，對橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營狀態(tài)下進(jìn)行健康監(jiān)測是一個(gè)值得研究的熱點(diǎn)問題。在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的“眼睛”。通過傳感器系統(tǒng)，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地對結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，并傳回?cái)?shù)據(jù)，為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。傳感器優(yōu)化布設(shè)最為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一，是實(shí)現(xiàn)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的第一步，對數(shù)據(jù)采集有著至關(guān)重要的影響。而傳感器系統(tǒng)本身是一個(gè)“矛盾體”。一方面，為了對結(jié)構(gòu)的健康狀況做出合理的、科學(xué)的評價(jià)，需要使用盡量多的傳感器，監(jiān)測盡量多的醒目。另一方面，為了保證監(jiān)測系統(tǒng)本身的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，要求使用的監(jiān)測設(shè)備不能過多。在已實(shí)施的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中，有些系統(tǒng)規(guī)模過于龐大，系統(tǒng)本身的可靠性都無法保證；而有些結(jié)構(gòu)的監(jiān)測系統(tǒng)則想反，規(guī)模過于精簡，以至于無法對結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)做出科學(xué)的評估。因此在應(yīng)用中需要找到合適的方法尋求兩者最佳的平衡點(diǎn)。
[0003]目前，傳感器優(yōu)化布置主流算法主要有2種:有效獨(dú)立法(EI)和序列法(MAC)。有效獨(dú)立法不計(jì)及結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布的不均勻性，可能會出現(xiàn)選取測點(diǎn)能量低導(dǎo)致信息丟失的情況。而序列法在待選測點(diǎn)較多時(shí)，計(jì)算量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于EI和逐步累積法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法，其可以計(jì)算不同結(jié)構(gòu)類型、不同計(jì)算跨徑橋梁。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0006]這種基于EI和逐步累積法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法，包括以下步驟:
[0007]I)通過有限元計(jì)算，得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)向量矩陣，確定監(jiān)測振型的數(shù)目，確定傳感器的布置數(shù)目；
[0008]2)利用EI法對模態(tài)向量矩陣進(jìn)行優(yōu)化，選取初始測點(diǎn)，形成初始模態(tài)向量陣；并得到剩余測點(diǎn)矩陣，形成候選添加測點(diǎn)集合；
[0009]3)求解初始模態(tài)向量陣的置信度矩陣MAC，并求MAC矩陣的最大非對角元max ；
[0010]4)從步驟2)確定的候選添加測點(diǎn)集合中選擇一個(gè)點(diǎn)添加到初始測點(diǎn)中，將第k個(gè)自由度添加到測量自由度中，求其模態(tài)向量陣的K (MAC] tJ) k矩陣，并計(jì)算其最大非對角元maxk ;其中k為自然數(shù)；
[0011]5)計(jì)算 f (k) =maxk-max 的值；
[0012]6)對所有候選測點(diǎn)重復(fù)步驟3)至步驟5)，得到數(shù)組f (i)，(i=l，…，m)，并將f(i) I (f (i)〈O)最小值對應(yīng)的測點(diǎn)加入到已有測點(diǎn)中；其中m為自然數(shù)；
[0013]7)以添加了測點(diǎn)后的測點(diǎn)集合作為初始測點(diǎn)，再重復(fù)步驟4)~步驟6)，直到測點(diǎn)數(shù)目與傳感器布置數(shù)目相同。
[0014]進(jìn)一步的，利用EI法對模態(tài)向量矩陣進(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)生初始測點(diǎn)集合，然后通過逐步累積法選取測點(diǎn)，具體包括以下步驟:
[0015]I)利用設(shè)計(jì)圖紙，建立橋梁有限元模型并進(jìn)行分析計(jì)算，得到其模態(tài)向量矩陣
[0016]2)利用Φ3計(jì)算得E矩陣；
【權(quán)利要求】
1.一種基于EI和逐步累積法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)通過有限元計(jì)算，得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)向量矩陣，確定監(jiān)測振型的數(shù)目，確定傳感器的布置數(shù)目； 2)利用EI法對模態(tài)向量矩陣進(jìn)行優(yōu)化，選取初始測點(diǎn)，形成初始模態(tài)向量陣；并得到剩余測點(diǎn)矩陣，形成候選添加測點(diǎn)集合； 3)求解初始模態(tài)向量陣的置信度矩陣MAC，并求MAC矩陣的最大非對角元max； 4)從步驟2)確定的候選添加測點(diǎn)集合中選擇一個(gè)點(diǎn)添加到初始測點(diǎn)中，將第k個(gè)自由度添加到測量自由度中，求其模態(tài)向量陣的K (MAC] tj)k矩陣，并計(jì)算其最大非對角元maxk ；其中k為自然數(shù)； 5)計(jì)算f (k) =maxk-max 的值； 6)對所有候選測點(diǎn)重復(fù)步驟3)至步驟5)，得到數(shù)組f(i)，(i=l，…，m)，并將|f (i) (f (i)〈O)最小值對應(yīng)的測點(diǎn)加入到已有測點(diǎn)中；其中m為自然數(shù)； 7)以添加了測點(diǎn)后的測點(diǎn)集合作為初始測點(diǎn)，再重復(fù)步驟4)~步驟6)，直到測點(diǎn)數(shù)目與傳感器布置數(shù)目相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于EI和逐步累積法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于，利用EI法對模態(tài)向量矩陣進(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)生初始測點(diǎn)集合，然后通過逐步累積法選取測點(diǎn)，具體包括以下步驟: 1)利用設(shè)計(jì)圖紙，建立橋梁有限元模型并進(jìn)行分析計(jì)算，得到其模態(tài)向量矩陣Os; 2)利用Φ3計(jì)算得E矩陣；
【文檔編號】G06F17/50GK103793579SQ201410072194
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】梁鵬, 王曉光, 李斌, 馬旭明, 吳向男 申請人:長安大學(xué)