基于譜有限元法的桿系結(jié)構(gòu)損傷識別研究開題報告

研究生（開題書面）報告題目：基于譜有限元法的桿系結(jié)構(gòu)損傷識別研究學(xué)號 姓名 專業(yè) 指導(dǎo)教師 院（系、所） 研究生院制填表注意事項一、本表適用于攻讀碩士學(xué)位研究生選題報告、學(xué)術(shù)報告，攻讀博士學(xué)位研究生文獻綜述、選題報告、論文中期進展報告、學(xué)術(shù)報告等。二、以上各報告內(nèi)容及要求由相關(guān)院（系、所）做具體要求。三、以上各報告均須存入研究生個人學(xué)籍檔案。四、本表填寫要求文句通順、內(nèi)容明確、字跡工整。目錄1課題的來源、目的、意義，國內(nèi)外概況 41.1課題的來源、目的、意義 41.2損傷及損傷識別的定義 51.3國內(nèi)外結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究現(xiàn)狀 51.3.1局部檢測方法 51.3.2整體識別法 61.4基于譜有限元法的結(jié)構(gòu)損傷識別研究綜述 91.4.1譜有限元法介紹 91.4.2譜有限元法損傷識別研究現(xiàn)狀 92本文的主要研究內(nèi)容 113本文解決的關(guān)鍵問題 124論文研究進展計劃 125現(xiàn)有條件、人員及主要設(shè)備情況 136經(jīng)費概算和來源 13參考文獻 131課題的來源、目的、意義，國內(nèi)外概況1.1課題的來源、目的、意義我國是一個自然災(zāi)害多發(fā)的國家，幾乎每年都要發(fā)生地震、風災(zāi)、火災(zāi)和水災(zāi)等重大的自然災(zāi)害，這些自然災(zāi)害對土木工程結(jié)構(gòu)的安全造成了嚴重的威脅。再加上土木工程結(jié)構(gòu)和重大基礎(chǔ)設(shè)施服役時間周期長，使用環(huán)境惡劣，隨著使用年限的增長，由于環(huán)境荷載的作用、疲勞效應(yīng)以及腐蝕和材料老化等不利因素的影響，結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生損傷積累和抗力衰減。一旦結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件的損傷積累到一定程度，如沒有被及時發(fā)現(xiàn)和處理，損傷將會迅速擴展，很快就會導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的毀壞，造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。另外，隨著改革開放三十年的進程，許多現(xiàn)有建筑已經(jīng)進入到服役期限的中后期，我國逐漸從大興土木的建設(shè)期轉(zhuǎn)入到舊建筑物維修改造時期或者說建筑結(jié)構(gòu)損傷研究的新時期。鑒定需要進行加固修繕的建筑物，制定出相應(yīng)最優(yōu)維修方案，前提必須是能夠正確地評估建筑的破損狀態(tài)，并預(yù)測目標年限內(nèi)結(jié)構(gòu)的可靠度。因此對損傷檢測這個亟待解決問題的研究就顯得尤為重要，損傷技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用將有著重大的社會經(jīng)濟效益和工程實用價值。結(jié)構(gòu)裂紋常常是受到振動荷載和沖擊荷載的作用而引起疲勞損傷的累積而產(chǎn)生的。裂紋檢測一直是工程上的一大難題。雖然己有多種檢測方法，但大多數(shù)檢測靜止或非運動狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。眾所周知:結(jié)構(gòu)上裂紋的產(chǎn)生與擴展改變了結(jié)構(gòu)的動力特性，大大影響結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的正常工作，嚴重時可能造成無法估量的后果。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須在一旦有裂紋出現(xiàn)時，就能及時而準確地檢測和診斷出來。正由于上述背景，筆者認為本課題的開展對于促進結(jié)構(gòu)損傷診斷技術(shù)發(fā)展，實現(xiàn)大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測，提高結(jié)構(gòu)安全可靠度、及時妥善處理結(jié)構(gòu)損傷等是十分必要而又具有重大意義。1.2損傷及損傷識別的定義結(jié)構(gòu)損傷可以定義為結(jié)構(gòu)整體或其某些部分在材料和幾何性能上的變化，如結(jié)構(gòu)在剛度、強度、邊界及連接條件等方面的蛻變或下降，從而影響結(jié)構(gòu)體系不能達到預(yù)定的功能。按其影響程度的不同，可分為輕度損傷、中度損傷和嚴重損傷。國際材料與結(jié)構(gòu)實驗學(xué)會（RILEM）關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)破損分類的推薦草案中，損傷(Damage)是指結(jié)構(gòu)由于外部力學(xué)因素引起的削弱或破損;缺陷(Defect)是指由于設(shè)計、施工錯誤或材料本身的不完善所引起的結(jié)構(gòu)削弱或破損。其中外部力學(xué)因素有荷載作用(包括地震、臺風等)，基礎(chǔ)不均勻沉降以及長期使用產(chǎn)生的疲勞作用，而自然環(huán)境也是產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損傷的一個不容忽視的主要原因。結(jié)構(gòu)損傷識別是通過對結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)性能進行無損監(jiān)測，實時監(jiān)控結(jié)構(gòu)的整體行為，對結(jié)構(gòu)的損傷位置和程度進行識別，對結(jié)構(gòu)的服役情況、可靠性、耐久性和承載能力進行智能評估，為結(jié)構(gòu)在突發(fā)事件和使用期間嚴重異常時觸發(fā)預(yù)警信號，為結(jié)構(gòu)的維修、養(yǎng)護與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。結(jié)構(gòu)損傷識別技術(shù)是一個多領(lǐng)域跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及到土木工程、動力學(xué)、材料學(xué)、測試技術(shù)、信號分析、計算機技術(shù)、模式識別等多個研究方向。1.3國內(nèi)外結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究現(xiàn)狀1.3.1局部檢測方法局部檢測方法有超聲波法、聲發(fā)射法、射線法、光學(xué)法、渦流法、磁粉法、泄漏法、紅外線法。其中，超聲波法適用于監(jiān)測表面與內(nèi)部缺陷的損傷類型，速度快，對平面缺陷靈敏度高，對關(guān)鍵構(gòu)件在工作期限內(nèi)進行在線監(jiān)測，適用于各種工程結(jié)構(gòu)，包括梁、剛架、板、容器、管道等，主要檢驗鑄件和焊接件；聲發(fā)射法適用于活動性缺陷的損傷類型，對缺陷的萌生與擴展進行動態(tài)檢測與監(jiān)測，適用于各種工程結(jié)構(gòu)，包括梁、剛架、板、容器、管道、水壩、橋墩等；射線法適用于體積類缺陷，分散細小缺陷及表面缺陷的損傷類型，直觀，靈敏度高，適用于各種工程結(jié)構(gòu)，包括梁、剛架、板、容器、管道，主要檢驗鑄件和焊接件；光學(xué)法適用于體積類缺陷，表面細微缺陷的損傷類型，不需用任何耦合劑，能以非接觸方式對物體進行無損檢測，對被測件要求低，適用于各種工程結(jié)構(gòu)，尤其在高溫環(huán)境中或難以接近的工程結(jié)構(gòu)；渦流法適用于表面及內(nèi)部缺陷的損傷類型，速度快，直觀，適用于各種金屬結(jié)構(gòu)件；磁粉法適用于表面細微缺陷的損傷類型，靈敏度，精確度和可靠性均與熒光磁懸液有關(guān)，適用于各種導(dǎo)磁性工程結(jié)構(gòu)件；泄漏法適用于容器，管道裂縫，方法簡單，但靈敏度受限制，主要用于容器、管道的泄漏位置診斷；紅外線法適用于表面與內(nèi)部缺陷及無缺陷區(qū)表面溫度變化，容器與管道裂縫的損傷類型，非接觸，可遠距離操作。檢驗儀器結(jié)構(gòu)簡單，適用安全，適用于各種工程結(jié)構(gòu)尤其是高溫，難以接近的工程結(jié)構(gòu)。這些方法已經(jīng)成功地被應(yīng)用于檢查一定部件的裂縫位置、焊縫缺陷、腐蝕磨損、松弛或失穩(wěn)等。近年來，隨著光纖傳感器、形狀記憶合金等新型智能材料的發(fā)展，又出現(xiàn)了針對土木工程結(jié)構(gòu)局部損傷檢測新的方法。如Lamb波法[1],此方法采用光纖干涉?zhèn)鞲衅?，利用Lamb模態(tài)和缺陷的關(guān)系檢測損傷。但是，局部檢測方法都往往需要對結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生的部位有先驗的認識，并要求這些部位容易檢測，檢查的結(jié)果多依賴檢測者的經(jīng)驗和主觀判斷，不能從整體上定量把握結(jié)構(gòu)的性能。從而帶來的缺點是，難以預(yù)測結(jié)構(gòu)的整體性能的退化，無法實現(xiàn)實時的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。1.3.2整體識別法近10余年來，國內(nèi)外學(xué)者一直在研究適合于結(jié)構(gòu)的整體損傷識別方法?，F(xiàn)場靜載試驗是獲取結(jié)構(gòu)整體信息的一種比較穩(wěn)健的測試手段，但是工作量大，結(jié)構(gòu)隱蔽部位的信息還是難以獲取的。目前，結(jié)構(gòu)的整體損傷識別方法主要是基于結(jié)構(gòu)動力特性的損傷識別方法，這些方法大致可以分為：動力指紋分析法、模型修正與系統(tǒng)識別法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、遺傳算法和小波分析法。動力指紋分析法動力指紋分析法的基本思想是尋找與結(jié)果相關(guān)的“指紋”變化。結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生損傷，其結(jié)構(gòu)參數(shù)，如剛度、質(zhì)量、阻尼等會發(fā)生改變，從而導(dǎo)致相應(yīng)的動力指紋變化。這些動力指紋的變化可以看作結(jié)構(gòu)損傷的標志，借以識別結(jié)構(gòu)的損傷。常用的動力指紋有：頻率、模態(tài)振型、模態(tài)曲率、應(yīng)變模態(tài)、柔度、功率譜、頻響函數(shù)、模態(tài)確信準則（MAC）和坐標模態(tài)確信準則（COMAC）等。模型修正法與系統(tǒng)識別法這種方法的基本思想是利用動力試驗數(shù)據(jù)（通常為模態(tài)參數(shù)或加速度時程記錄、頻響函數(shù)等），通過已知條件優(yōu)化約束，來不斷修正模型中的剛度分布，利用被檢測結(jié)構(gòu)中任一觀測到的局部剛度下降判定損傷的位置和程度[2]。這種方法在劃分和處理子結(jié)構(gòu)的問題上具有很多優(yōu)點。但是由于模型誤差、測量噪聲以及土木工程結(jié)構(gòu)可測得的動力特征對局部剛度變化不敏感等因素的存在，使得此方程求解存在亞定問題。針對這些問題，一方面可以考慮利用動力邊界條件進行子結(jié)構(gòu)模型修正以減少未知數(shù)，另一方面可以通過良態(tài)建模、合理劃分子結(jié)構(gòu)以及最優(yōu)布置來獲取最大信息量的辦法予以解決[3]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）是人腦或自然神經(jīng)系統(tǒng)若干基本特征的抽象與模擬，由大量的神經(jīng)元廣泛互連而成。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其處理信息的并行性，自組織性，自學(xué)習性，聯(lián)想記憶功能力以及很強的魯棒性和容錯性，廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于結(jié)構(gòu)損傷識別主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)在不同狀態(tài)下的反應(yīng)，通過特征提取，選擇對結(jié)構(gòu)損傷敏感的參數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)作為輸出，建立損傷訓(xùn)練樣本集。將樣本集輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，建立輸入?yún)?shù)與損傷狀態(tài)之間的映射關(guān)系。將待測結(jié)構(gòu)進行測試的動力參數(shù)輸入網(wǎng)絡(luò)，得出損傷狀態(tài)信息。目前，國內(nèi)外許多學(xué)者都致力于利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行結(jié)構(gòu)損傷識別的研究。孫宗光等[4]運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對香港汲水門大橋進行了損傷識別。同濟大學(xué)李國強[5]利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對混凝土框架結(jié)構(gòu)進行損傷識別研究，并取得了很好效果。Kaminiski等[6]通過對固有頻率變化的分析，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對鋼梁的損傷識別進行了探討，對所有損傷和未損傷情況測量了前五階固有頻率，分別應(yīng)用頻率的絕對變化、頻率的相對變化和綜合頻率變化訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對損傷位置的識別進行了研究。遺傳算法遺傳算法（GeneticAlgorithms簡稱GA）是1975年由Holland教授提出的，他根據(jù)達爾文進化論中的適者生存，優(yōu)勝劣汰的進化原則來搜索下一代中的最優(yōu)個體，以得到滿足要求的最優(yōu)解[7]。遺傳算法是一類借鑒生物自然選擇和自然遺傳機制的隨機化搜索方法，它將問題的求解表示成“染色體”（用計算機編程時，一般都是用二進制碼表示），從而構(gòu)成了一個“染色體”群。將它們置于問題的“環(huán)境”中，根據(jù)適者生存的原則，從中選擇適應(yīng)環(huán)境的“染色體”進行復(fù)制，即通過選擇、交叉、變異操作產(chǎn)生新的一代更適應(yīng)環(huán)境的“染色體”群，如此循環(huán)往復(fù)，使群體中最優(yōu)個體的適應(yīng)度和平均適應(yīng)度不斷提高，直至最優(yōu)個體的適應(yīng)度達到某一限值或最優(yōu)個體的適應(yīng)度和群體的平均適應(yīng)度不再提高，則迭代過程結(jié)束[8]。將遺傳算法引入損傷評估的最優(yōu)化方法中，在測試獲取信息不多的情況下，能迅速判定損傷位置和程度，即使模態(tài)信息部分丟失，遺傳算法尋優(yōu)能力絲毫不受影響，并且遺傳算法只需要計算可行解的目標值而不要求目標函數(shù)的連續(xù)性，不需要梯度信息，并采取多線索的并行搜索方式進行優(yōu)化，因而不會陷入局部最小，容易得到全局最優(yōu)解，且使用方便，魯棒性強。基于以上優(yōu)點，遺傳算法比較適合土木工程結(jié)構(gòu)損傷識別問題。Koh等[9]采用局部搜索的遺傳算法，通過測定激勵和響應(yīng)來決定結(jié)構(gòu)參數(shù)，進行參數(shù)識別。易偉建等[10]引入遺傳算法處理試驗得到的動力信息對結(jié)構(gòu)的損傷進行識別，提出了一些改進措施，并應(yīng)用于固端梁、連續(xù)梁和框架等多個結(jié)構(gòu)的損傷識別，取得了滿足工程要求的結(jié)果。小波分析法小波分析（WaveletsAnalysis）是數(shù)學(xué)理論中調(diào)和分析技術(shù)發(fā)展的最新成果?？梢钥醋饕粋€傳統(tǒng)的Fourier變換的擴展。小波分析的優(yōu)點在于利用一個可以伸縮和平移的視窗能夠聚焦到信號的任意細節(jié)進行時頻域處理，提供多個水平的細節(jié)以及對原始信號多尺度的近似，既可看到信號的全貌，又可分析信號的細節(jié)，并且可以保留數(shù)據(jù)的瞬時特性[2]。結(jié)構(gòu)模型在環(huán)境激勵下，結(jié)構(gòu)的損傷可以從相應(yīng)數(shù)據(jù)進行小波離散后的細節(jié)突變上檢驗出來，這些突變的位置可以精確地指出損傷發(fā)生的時刻。Hou等[11]提出了一種基于小波分析方法的結(jié)構(gòu)損傷識別方法，無論是突然損傷還是積累損傷，損傷的發(fā)生以及發(fā)生的時刻都可以通過某些數(shù)據(jù)的小波細節(jié)檢查出來。他還利用小波分析理論對ASCE提出的健康監(jiān)測基準問題（HealthMonitoringBenchmarkProblem）中典型的結(jié)構(gòu)的損傷識別問題進行了研究。結(jié)果表明，小波方法是結(jié)構(gòu)損傷識別和健康監(jiān)測的一種很有潛力的方法。孫增壽等[12]提出了用于損傷識別的小波能量變化率指標，并根據(jù)此指標提出了用其進行損傷識別的實施步驟。Kim等[13]采用Gabor小波識別簡支梁的裂縫，不僅能識別出損傷位置，而且也能夠估計出損傷程度。1.4基于譜有限元法的結(jié)構(gòu)損傷識別研究綜述1.4.1譜有限元法介紹與傳統(tǒng)的有限單元法不同，譜有限元法能得到精確的解答而被認為是一種精確的動力分析方法，其根本原因是其基本的單元剛度矩陣即譜有限元矩陣是基于精確的且與頻率相關(guān)的形狀函數(shù)而形成的。同時，由于整體譜剛度矩陣是由譜有限元剛度矩陣聚集而成，而且其聚集過程與傳統(tǒng)有限單元法完全一致，因而適用于傳統(tǒng)有限元法的程序只需修正單元剛度矩陣和荷載矩陣后就可以適用于譜有限元法[14]。也就是說，譜有限元法是譜分析方法和有限單元方法最基本特征的有機結(jié)合，即充分利用了譜分析方法中的先進計算算法和有限單元法中的單元劃分與聚集的優(yōu)點。譜有限元模型最基本的單元是單個的構(gòu)件，因而與傳統(tǒng)的有限單元法相比，它具有較少的單元數(shù)目，從而提高了計算效率。因此，依據(jù)實測結(jié)果修正的譜有限元模型能提供詳細而又正確的結(jié)構(gòu)特性。1.4.2譜有限元法損傷識別研究現(xiàn)狀近年來譜有限元法廣泛用于結(jié)構(gòu)的損傷識別問題，特別是這種方法基于結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)如位移（速度、加速度），對微小損傷很敏感，引起了各國學(xué)者的關(guān)注。2002年，Lee和Shin[15]采用譜有限元法對帶損傷的平板結(jié)構(gòu)進行了損傷識別，這種方法來源于帶損傷板的運動方程的求解，局部損傷是用損傷分布函數(shù)定義的，在這種方法中，模態(tài)數(shù)據(jù)是在完好的結(jié)構(gòu)中測量的，而頻響函數(shù)數(shù)據(jù)是在損傷了的結(jié)構(gòu)中測得的。為了能夠較好的識別損傷，要有足夠的頻響函數(shù)數(shù)據(jù)和方程，另外采用了一種減少域方法用于搜索和移除未損傷的區(qū)域，從而識別結(jié)構(gòu)損傷的位置的大小。2003年，Lee[16]將較少域的損傷識別方法應(yīng)用到梁譜有限元法，對一個帶損傷的簡支梁進行了損傷識別，通過三個步驟來減少域，但是如果要將這種方法應(yīng)用到實際問題中，頻響函數(shù)數(shù)據(jù)中的噪音水平應(yīng)控制在較低水平。2002年，Palacz和Krawczuk[17]利用譜有限元法(波傳播方法)對帶裂紋的桿件進行了分析，桿的裂縫通過具有抗彎剛度的彈簧[28]來模擬，文中給出了帶裂紋桿的譜單元的節(jié)點位移，形函數(shù)，利用三角函數(shù)疊加正弦函數(shù)得到的信號正確識別了裂紋的位置。波蘭學(xué)者Kawczuk和Ostachowicz等人利用譜有限元法在結(jié)構(gòu)識別方面做了深入細致的工作。1994年，Krawczuk利用譜有限元法對帶損傷復(fù)合材料梁進行了分析，準確識別了損傷的位置[18]。隨后Krawczuk和Palacz等結(jié)合斷裂力學(xué)模型和譜有限元法對Timoshenko梁和平板進行了損傷識別[19-20]。2008年，Ostachowicz對采用譜有限元法進行損傷識別的研究進行了綜述和總結(jié)，文中給出了帶損傷的桿、帶損傷的Timoshenko梁和伯努利-歐拉梁以及帶損傷的板的譜有限元剛度矩陣[21]。Kudelaa和Krawczuka等學(xué)者利用基于Lagrange插值多項式的譜有限元法對桿和梁進行了損傷識別，隨后又將該方法應(yīng)用于復(fù)合材料平板的損傷識別問題[22-23]。Peng和Meng等將Kudelaa等人的方法推廣到三維結(jié)構(gòu)，并成功的對帶損傷的平板進行了損傷識別[24]。近年來，Park等結(jié)合譜單元法建模和壓電阻抗技術(shù)實現(xiàn)了一維簡單結(jié)構(gòu)的損傷識別[25]。Guo和Sun基于譜單元法對兩端簡支桿進行了數(shù)值建模，并結(jié)合壓電阻抗法和非線性優(yōu)化技術(shù)實現(xiàn)了簡支桿的損傷定位和定量識別[26]。金明凡等人基于譜有限元法，提出了采用遺傳算法的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識別方法，采用譜單元方法推導(dǎo)帶阻尼梁的傳遞函數(shù)矩陣，傳遞函數(shù)的表示為梁的幾何和物理參數(shù)的超越隱函數(shù)，從而避免了傳統(tǒng)有限元法傳遞函數(shù)模型受離散化的影響[27]。YWang,XQZhu等人基于克隆選擇算法的譜有限元法對帶裂紋的鋼筋和鋼筋與混凝土之間的脫黏進行了損傷識別，分別給出了帶裂紋的鋼筋譜單元和脫黏譜單元[29]。2本文的主要研究內(nèi)容目前基于譜有限元法的結(jié)構(gòu)損傷識別，基本處于對結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷識別的水平上，對較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)如桁架、框架鮮有文獻可查，因此本文的研究目標是基于譜有限元法的框架，桁架裂紋損傷識別。本文的主要研究內(nèi)容如下：根據(jù)文獻中給出的帶裂紋桿和梁的譜有限元剛度矩陣，推導(dǎo)帶裂紋平面桁架和框架的節(jié)點位移形函數(shù)，變換得到譜有限元剛度矩陣，其中裂紋通過具有抗彎剛度的彈簧來模擬，彈簧的彈性采用文獻[28]給出的公式。利用譜有限元法分別對帶裂紋的平面桁架和框架進行數(shù)值建模和分析，并與傳統(tǒng)有限元的分析結(jié)果進行對比，驗證譜有限元模型的正確性。在桁架和框架上選取不同的測點，利用譜有限元法得到這些測點的動態(tài)位移響應(yīng)，并與有限元法計算的結(jié)果做對比,驗證譜有限元模型的正確性。本文利用遺傳算法來識別框架和桁架裂紋的大小和位置，擬采用測點的動態(tài)位移響應(yīng)建立合適的目標函數(shù)。數(shù)值模擬不同噪聲條件下，單一損傷和多損傷工況，并且考慮不同損傷程度的影響，分別用平面桁架和平面框架進行數(shù)值模擬，驗證本文提出的模型的正確性和有效性。3本文解決的關(guān)鍵問題基于譜有限元法的框-桁架裂紋損傷識別研究，擬解決的關(guān)鍵問題有：結(jié)構(gòu)的阻尼是結(jié)構(gòu)的固有特性，現(xiàn)有的帶裂紋的譜有限元，鮮有引進阻尼的影響，本文擬在帶裂紋的譜有限元中考慮阻尼的影響，通過修正帶裂紋譜有限元剛度矩陣中的波數(shù)，能十分簡便的計算結(jié)構(gòu)考慮了外部粘滯阻尼和內(nèi)部粘彈性阻尼的動力響應(yīng)。本文將遺傳算法引入用于結(jié)構(gòu)的損傷識別，為了將結(jié)構(gòu)損傷識別當作優(yōu)化問題來考慮，必須定義用于遺傳算法的目標函數(shù)，利用結(jié)構(gòu)測點的動態(tài)位移響應(yīng)定義目標函數(shù)，并研究提高遺傳算法的搜索效率并保證得到問題的最優(yōu)解的改進方法。推導(dǎo)帶裂紋框架和桁架的整體譜單元剛度矩陣，建立正確的數(shù)值模型，進行數(shù)值分析。4論文研究進展計劃2020年7月至2020年11月：文獻閱讀階段。熟悉和了解相關(guān)研究的國際前沿研究動態(tài)，完成相關(guān)研究的文獻調(diào)研，提出欲從事研究的具體課題2020年11月至2021年3月：理論分析階段。進一步深入地閱讀文獻，深入理解譜有限元法的理論原理，以及有限元實現(xiàn)的方法，還有用于搜索損傷位置和大小的遺傳算法的基本原理；2021年4月至2021年9月：數(shù)值計算階段。建立有限元相關(guān)模型，計算并分析，根據(jù)結(jié)果優(yōu)化模型，從而得到精確的單元模型；2021年10月至2021年11月：整理并撰寫論文階段。完成數(shù)值模擬數(shù)據(jù)整理、研究內(nèi)容的理論分析與整理工作成果工作，并撰寫論文和修改2021年11月論文答辯。5現(xiàn)有條件、人員及主要設(shè)備情況人員：主要設(shè)備情況：計算機一臺6經(jīng)費概算和來源參考文獻[1]TSJang,J.J.Lee,Astudyonnon-concretemeasurementsoflaser-generatedlambwaveusingfilberopticsagnacinterferometeranditspropagationcharacteristics,NEDforHealthMonitoringandDiagnostics,SanDiego,2002,4704-4730.[2]孫鴻敏,李宏男.土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究進展[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報,2003,23(3):93-98.[3]綦寶暉,鄔瑞鋒等.一種桁架結(jié)構(gòu)損傷識別的柔度陣法[J].計算力學(xué)學(xué)報,2001,18(1):42-47.[4]孫宗光,高贊明,倪一清.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橋梁損傷位置識別[J].工程力學(xué),2004,21(1):42-47.[5]李國強,李杰.工程結(jié)構(gòu)動力檢測理論與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2002.[6]KaminskiPC.Theapproximatelocationofdamagethroughtheanalysisofnaturalfrequencieswithartificialneuralnetworks,Journalofprocessmechanicalengineering,IMechE,1995:117-123.[7]周金榮,黃道.遺傳算法的改進及其應(yīng)用研究[J].控制與決策,1995,10(3):261-264.[8]吳大宏,趙人達.基于遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)研究初探[J].四川建筑科學(xué)研究,2002,28(3):4-7[9]KohCG,ZhaoSL,LiawCY.Non-destructiveparameteridentificationofstructures,NEDforhealthmonitoringanddiagnostics,SanDiego,2002.[10]易偉建,劉霞.基于遺傳算法的結(jié)構(gòu)損傷診斷研究[J].工程力學(xué),2001,18(2):64-71.[11]ZHou,MNoori,Wavelet-basedapproachforASCEstructuralhealthmonitoringbenchmarkstudies,Proceedingofthe3thinternationalworkshoponstructuralhealthmonitoring,StanfordUniversity,Stanford,[12]孫增壽,韓建剛,任偉新.基于小波分析的結(jié)構(gòu)損傷檢測研究進展[J].地震工程與振動,2005,25(2).[13]KimYY,KimEH,Anewdamagedetectionmethodbasedonawavelettransform,Proceedingoftheinternationalmodalanalysisconference,Texas,SEM,2000.[14]張俊兵,朱宏平,閤東東,王丹生.基于波譜單元法的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析.華中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2010,7:62-65.[15]LeeU,ShinJ.Astructuraldamageidentificationmethodforplatestructures.EngineeringStructures,2002,24(9)1177–1188.[16]LeeU.Areduced-domainmethodofstructuraldamageidentification:Applicationtoaspectralelementbeammodel.ShockandVibration,2003,10:313–324.[17]PalaczM,KrawczukM.Analysisoflongitudinalwavepropagationinacrackedrodbythespectralelementmethod.ComputersandStructures,2002，80：1809–1816.[18]KrawczukM.Anewfiniteelementformultipledirectionaldamagesinathincylindricalshell.InternationalJournalofsolidsandStructure,2006,43(9):2723-2743.[19]KrawczukM,PalaczM.ThedynamicanalysisofacrackedTimoshenkobeambythespectralelementmethod.JournalofSoundandVibration,2003,264:1139–1153.[20]KrawczukM,PalaczM,OstachowiczW.Wavepropagationinplatestructuresforcrackdetection.FiniteElementsinAnalysisandDesign,2004,40:991–1004.[21]OstachowiczW.Damagedetectionofstructuresusingspectralfiniteelementmethod.ComputersandStructures,2008,86:454–462.[22]KudelaaP,KrawczukaM,OstachowiczW.Wavepropagationmodellingin1Dstructuresusingspectralfiniteelements.JournalofSoundandVibration,2007,300:88–100.[23]KudelaP,ZakAandKlawezukM,etal