一種基于ei和逐步消減法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于EI和逐步消減法的傳感器優(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】。本發(fā)明得到的是次優(yōu)解，由振動(dòng)理論可知，如果待識(shí)別的模態(tài)個(gè)數(shù)為m，則m個(gè)傳感器就可以滿足參數(shù)識(shí)別的要求，其他的傳感器事實(shí)上是出于振型可視化或者振型匹配的考慮，所以次優(yōu)解是可以接受的。
【專利說明】一種基于El和逐步消減法的傳感器優(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和逐步消減法的傳感器優(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(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)是一個(gè)值得研究的熱點(diǎn)問題。在橋梁健康監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一，是實(shí)現(xiàn)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的第一步，對(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)的健康狀況做出合理的、科學(xué)的評(píng)價(jià)，需要使用盡量多的傳感器，監(jiān)測(cè)盡量多的醒目。另一方面，為了保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，要求使用的監(jiān)測(cè)設(shè)備不能過多。在已實(shí)施的橋梁健康監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)則想反，規(guī)模過于精簡(jiǎn)，以至于無法對(duì)結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)做出科學(xué)的評(píng)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(huì)出現(xiàn)選取測(cè)點(diǎn)能量低導(dǎo)致信息丟失的情況。而序列法在待選測(cè)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和逐步消減法的傳感器優(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和逐步消減法的傳感器優(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(cè)振型的數(shù)目，確定傳感器的布置數(shù)目；
[0008]2)利用EI法對(duì)模態(tài)向量矩陣進(jìn)行優(yōu)化，選取初始測(cè)點(diǎn)，形成初始模態(tài)向量陣，初始測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)為傳感器布置數(shù)目的η倍；其中n=2~7 ;
[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(duì)角元max ；
[0010]4)消去初始模態(tài)向量陣的第k個(gè)自由度后，求其模態(tài)向量陣的【(MAC】u)k矩陣，并計(jì)算其最大非對(duì)角元d ;其中k為自然數(shù)；
[0011]5)計(jì)算f (k)=max-d的值,將f的最小值對(duì)應(yīng)的自由度刪除，形成新的初始測(cè)點(diǎn)，并得到新的模態(tài)向量陣；
[0012]6)對(duì)振型矩陣的所有剩余自由度重復(fù)步驟3)~5)，直到剩余測(cè)點(diǎn)數(shù)，即模態(tài)向量陣的自由度數(shù)與傳感器布置數(shù)目相同；剩余模態(tài)向量陣所對(duì)應(yīng)的自由度即為傳感器的安裝自由度，從而得到傳感器的安裝位置。[0013]進(jìn)一步，以上利用EI法對(duì)模態(tài)向量矩陣進(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)生初始測(cè)點(diǎn)集合，然后通過逐步消減法選取測(cè)點(diǎn)，具體按照以下步驟進(jìn)行:
[0014](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 ；
[0015](2)利用計(jì)算得E矩陣；
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于EI和逐步消減法的傳感器優(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(cè)振型的數(shù)目，確定傳感器的布置數(shù)目； .2)利用EI法對(duì)模態(tài)向量矩陣進(jìn)行優(yōu)化，選取初始測(cè)點(diǎn)，形成初始模態(tài)向量陣，初始測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)為傳感器布置數(shù)目的η倍；其中n=2~7 ； .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(duì)角元max； .4)消去初始模態(tài)向量陣的第k個(gè)自由度后，求其模態(tài)向量陣的【(MAC】tf)k矩陣，并計(jì)算其最大非對(duì)角元d ;其中k為自然數(shù)； . 5)計(jì)算f(k)=max-d的值,將f的最小值對(duì)應(yīng)的自由度刪除，形成新的初始測(cè)點(diǎn)，并得到新的模態(tài)向量陣； .6)對(duì)振型矩陣的所有剩余自由度重復(fù)步驟3)~5)，直到剩余測(cè)點(diǎn)數(shù)，即模態(tài)向量陣的自由度數(shù)與傳感器布置數(shù)目相同；剩余模態(tài)向量陣所對(duì)應(yīng)的自由度即為傳感器的安裝自由度，從而得到傳感器的安裝位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于EI和逐步消減法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于，利用EI法對(duì)模態(tài)向量矩陣進(jìn)行優(yōu)化 ，產(chǎn)生初始測(cè)點(diǎn)集合，然后通過逐步消減法選取測(cè)點(diǎn)，具體按照以下步驟進(jìn)行: (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(hào)】G06F17/50GK103778306SQ201410072195
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)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, 李斌, 王曉光, 馬旭明, 吳向男 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)