基于改进PSO算法的梁式结构损伤识别

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近些年来,建筑倒塌事件时有发生,导致人民的生命和国家的财产受到损失,其原因在于未能及时地发现损伤并进行修补。为了确保结构的安全性和耐久性,需要对现有结构进行损伤监测,利用有效的损伤识别方法获取损伤信息,对损伤位置进行修补和加固,防止损伤继续扩大。因此,能够准确地进行损伤检测意义重大。本文利用粒子群算法进行结构损伤检测,针对标准粒子群算法易于陷入局部最小的缺陷,设计改进惯性权重和改进粒子位置变化方式两种方法。通过五个用于优化问题的测试函数的分析结果表明:改进粒子群算法的性能优于标准粒子群算法。同时为了提高识别的精确度,利用频率、振型和柔度矩阵建立目标函数。通过对简支梁损伤工况的模拟,对比分析三种目标函数的灵敏度,可以发现改进后的目标函数对损伤更加敏感。将频率以修正系数的形式加入模态准则中,既能考虑频率的影响,又能防止目标函数值完全由频率主导。考虑结构单元数过多时会影响计算精度,利用基于改进粒子群算法的分阶段识别方法进行检测,先计算单元损伤变量和单元折减刚度系数两个损伤指标,再利用D-S证据理论融合这两个指标进行损伤定位,最后利用改进的粒子群算法,对定位结果进行修正,同时准确定量损伤。通过Matlab软件,对简支梁有限元进行仿真模拟,考察损伤位置、损伤单元数、损伤程度、噪声水平等因素对损伤识别效果的影响。将多损伤工况下的识别结果与应用标准粒子群算法和传统目标函数的结果进行比较,验证了改进算法和改进目标函数的有效性。对钢筋混凝土矩形截面简支梁和工字型钢梁进行振动测试,利用随机子空间法从实测信号中提取结构前三阶模态参数,然后利用改进粒子群算法的损伤识别方法进行检测,结果显示,损伤程度较大时,该方法的识别精度较高;损伤程度较小且损伤单元数量多时,该方法的识别误差稍大。
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