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复杂变化环境下大跨桥梁基于协整和非线性模型修正的损伤识别

批准号:
52078284
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
李东升
依托单位:
学科分类:
工程建造与服役
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李东升

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
大跨桥梁不仅自身结构特性复杂,且面临着变化的环境和荷载条件。因此,分离非线性环境因素影响,判断结构损伤与否并估计损伤程度成为亟待解决的工程难题。本项目将:(1)结合模糊C均值聚类方法,通过降低监测变量间的非线性相关程度改进协整方法;(2)利用核主成分分析(KPCA)处理变量间非线性关系的能力,通过引入滑窗方法建立动态更新的KPCA模型,实现结构损伤与否的在线判断;(3)采用变分模态分解识别分段等效线性结构特征参数,将结构非线性部分在脉冲响应函数意义下线性化,分离结构的局部非线性部分;(4)结合尾等效线性化和频响函数综合法,利用基于子结构的非线性有限元模型修正,建立准确的多参数影响-基准非线性子结构模型;(5)通过考虑环境因素影响的非线性子结构模型修正和卡尔曼滤波相结合实现损伤位置、程度的在线识别。该项研究不仅具有重要的理论意义和科学价值,而且对于将损伤识别应用于重大工程结构具有重要的意义。
英文摘要
Large-span bridges are not only complicated in their own structural properties but operating under changing environmental and loading conditions. Therefore, two essential issues emerge. The first is to separate the influence of environmental factors in case the relationship among monitored structural variables is nonlinear, and the second is to judge damage exists or not and further to evaluate damage severity. In this project, fuzzy C-means clustering algorithm which can decrease the level of nonlinear correlation of monitored variables is to be used to improve cointegration method. Due to the ability to deal with the nonlinear relationship among the monitored variables, kernel principal component analysis (KPCA) is planned to be used. By combining with sliding window method, dynamic KPCA models are to be established and updated constantly, thus online detections of structural damage will be achieved. Variational mode decomposition is adopted to estimate characteristic structural parameters and tail equivalent linearization method is employed to linearize nonlinear parts of a structure in the sense of impulse response functions, and thus the nonlinear substructure method is separated. Based on nonlinear sub-structural finite element model updating method, accurate multiple-parameter multiple-phase baseline substructure model will be established and introduced as baseline models for structural damage identification in the following phase. Finally, on the given accurate linear substructures, Kalman filter model updating method considering the influence of environmental factors is combing with nonlinear sub-structural finite element model updating to realize online identification of damage location and severity. The proposed research not only has its scientific merits and theoretical significance but is important in the practical application of structural damage identification in critical engineering projects.
针对复杂变化环境和荷载条件下大跨桥梁结构损伤识别困难的问题,本研究从理论推导、数值仿真和试验、原型观测等方面,提出了多种嵌入稀疏正则化的非线性滤波方法(EKF-lp、UKF-lp和EKF-Atan),通过引入损伤稀疏性约束的正则化信息,缓解大跨桥梁由于有限元模型庞大、待识别参数多引发的反问题求解病态问题,有效提高了传统非线性滤波方法的损伤识别精度,并降低损伤识别所需要的观测数据量。基于留数理论推导了Hilbert变换计算方法,提出新的非线性检测准则;通过主谐波拟合度的稳态响应判断指标与非线性脊骨线提取方法,进一步提升了稳态响应判断的准确性和非线性特征描述的效果;为了克服大跨桥梁结构损伤和非线性同时存在时传统线性有限元模型不适用的问题,利用偏相干频响函数和局部等效线性化技术,提出适用于大跨桥梁损伤识别的非线性子结构模型修正方法,显著提升了非线性有限元模型修正的计算效率和稳定性。结合了切换协整、切换独立成分分析、流形学习和核典型性相关分析等多种非线性环境因素分离技术,建立了损伤识别中在线分离复杂环境因素影响的方法; 通过对监测频率数据进行局部化聚类以及采用核理论进行高维映射,降低监测频率间的非线性相关程度,提出变换环境与运营条件下进行结构损伤位置判断与损伤程度识别的有效方法。上述研究成果对于运营条件下大跨桥梁的损伤识别具有重要的理论意义和科学价值。
风-浪-流作用下深远海漂浮式风机的刚柔耦合机理与动态稳定性研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    15.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    李东升
  • 依托单位:
漂浮式风机基础刚柔耦合动力学及动态稳定(运动)机理研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    李东升
  • 依托单位:
基于非线性瞬时模态与模态局部化的近海风机叶片损伤机理、识别与监测研究
  • 批准号:
    51778103
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    李东升
  • 依托单位:
基于动态Shannon熵的结构损伤识别与环境因素影响分离研究
  • 批准号:
    51578107
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    李东升
  • 依托单位:
国内基金
海外基金