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基于响应面法的结构有限元模型静动力修正理论及应用

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地震工程与工程振动 2013年第5期33卷 128-137页

作者：韩建平骆勇鹏兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学防震减灾研究所甘肃兰州730050

将响应面法引入到有限元模型的静动力修正,通过合适的实验设计和回归分析,建立反映参数与响应量之间关系的响应面模型,代替初始有限元模型进行优化。为了验证该方法的可行性和准确性,首先选择一简支梁作为数值算例,分别基于静、动力分... 详细信息

将响应面法引入到有限元模型的静动力修正,通过合适的实验设计和回归分析,建立反映参数与响应量之间关系的响应面模型,代替初始有限元模型进行优化。为了验证该方法的可行性和准确性,首先选择一简支梁作为数值算例,分别基于静、动力分析的挠度及模态频率及同时利用挠度及模态频率结果构建目标函数,在假设的损伤工况下修正了初始有限元模型,修正结果表明,基于三种目标函数修正后的参数取值均与损伤的预设值基本一致,但同时利用挠度及模态频率结果修正后的参数取值更接近于预设值。然后利用一座刚构-连续组合梁桥的现场静、动力测试数据,对该桥的初始有限元模型进行了修正,修正后有限元模型的挠度和频率计算值与实测值更加吻合,表明修正后的有限元模型能更准确地反映实际结构的力学性能,可以作为后期进行状态评估的基准有限元模型。

关键词：有限元模型修正响应面法静动力测试参数选取刚构-连续组合梁桥

一刚构-连续组合梁桥在环境激励下的模态参数识别

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工程力学 2013年第B6期30卷 99-103页

作者：韩建平郑沛娟骆勇鹏谢强王苍和兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 甘肃省交通科学研究院有限公司甘肃兰州730050

利用环境激励下结构动力响应信号识别结构的模态参数是结构有限元模型修正及状态评估的一个重要环节,但目前为止,要得到非常准确的识别结果仍有一定困难,特别是阻尼参数。首先利用MATLAB语言编制了单输入单输出和单输入多输出两种工况... 详细信息

利用环境激励下结构动力响应信号识别结构的模态参数是结构有限元模型修正及状态评估的一个重要环节,但目前为止,要得到非常准确的识别结果仍有一定困难,特别是阻尼参数。首先利用MATLAB语言编制了单输入单输出和单输入多输出两种工况下特征系统实现算法识别结构模态参数的程序,进而基于一刚构-连续组合梁桥在环境激励下的测试数据,运用自编程序识别了该桥的模态频率、模态阻尼比及振型,并将识别结果与商业软件自带的随机子空间识别方法的识别结果进行了对比。结果对比表明,两种方法识别所得的模态频率和振型基本吻合,但模态阻尼比的识别结果仍有明显差异,识别结果的精准性仍无法确认。

关键词：模态参数识别随机子空间识别特征系统实现算法环境激励刚构-连续组合梁桥

基于响应面法的桥梁结构有限元模型静动力修正方法研究

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基于响应面法的桥梁结构有限元模型静动力修正方法研究

作者：骆勇鹏兰州理工大学

学位级别：硕士

桥梁结构有限元模型修正是利用频率、位移、应变等测试数据去修改初始有限元模型的刚度、质量等参数,使修正后有限元模型的计算结果与试验或者现场实测结果尽量趋于一致。当前普遍采用的基于灵敏度的有限元模型修正法存在几种弊端,例如... 详细信息

桥梁结构有限元模型修正是利用频率、位移、应变等测试数据去修改初始有限元模型的刚度、质量等参数,使修正后有限元模型的计算结果与试验或者现场实测结果尽量趋于一致。当前普遍采用的基于灵敏度的有限元模型修正法存在几种弊端,例如其局部灵敏度分析只反映了参数在某设计点处的灵敏度,以它为依据选择参数不尽合理。同时其在迭代过程中需要求解多维非线性问题,计算效率和求解精度问题难以得到保证。考虑到响应面存在的诸多优点,本文对响应面法在结构有限元模型静动力修正技术中的应用进行了研究,提出几种基于响应面法的结构有限元模型修正技术。首先对有限元模型修正方法进行简要概述,并介绍目前在该领域的国内外研究现状。介绍响应面法的基本理论。继而采用动力测试数据,选取六个对频率响应较大的参数,基于响应面法的方法对一座五跨的刚构-连续组合梁桥的初始有限元模型进行了修正,在该修正中分别考虑了交叉项和不含交叉项的响应面模型对于修正结果的影响。修正结果表明考虑交叉项与否对修正精度的影响不大,但是对修正后参数的取值有一定的影响,故在基于响应面模型修正技术的损伤识别中应予以考虑。经过修正的有限元模型能够真实反映桥梁结构的力学性能,可以作为以后损伤识别和状态评估的基准模型。提出一种联合运用静动力测试数据、基于响应面的桥梁结构有限元模型静动力修正方法,并利用一刚构-连续组合梁桥——靖远黄河大桥的现场测试数据对其有限元模型进行了修正。其中,实验设计分别采用中心复合设计和D-最优设计,两种实验设计方法得到的有限元模型修正结果对比表明,不同的实验设计方法对修正精度的影响较小,但对修正后参数的取值有较大影响。联合运用静动力测试数据进行有限元模型修正,修正后的计算频率与实测频率更加吻合,偏差在3%以内,修正后结构计算挠度和实测挠度偏差基本在7%以内,而仅利用动力测试数据修正结构的计算挠度和实测挠度偏差基本在15%以上。上述结果表明,联合运用静动力测试数据修正后的有限元模型能更准确地模拟实际桥梁结构的力学性能。

关键词：有限元模型修正响应面法中心复合设计 D-最优设计刚构-连续组合梁桥静动力测试

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不确定性参数识别的模态区间逆响应面法

振动．测试与诊断 2016年第5期36卷 979-983页

作者：骆勇鹏黄方林鲁四平韩建平中南大学土木工程学院长沙410075 兰州理工大学土木工程学院兰州730050

结合模态区间分析及响应面的相关理论,提出一种新的不确定性参数识别方法,即模态区间逆响应面法。首先,以有界区间数来量化结构参数的不确定性,通过合理的实验设计确定样本数据;然后,以响应为输入,设计参数为输出,采用逐步回归分析构造... 详细信息

结合模态区间分析及响应面的相关理论,提出一种新的不确定性参数识别方法,即模态区间逆响应面法。首先,以有界区间数来量化结构参数的不确定性,通过合理的实验设计确定样本数据;然后,以响应为输入,设计参数为输出,采用逐步回归分析构造设计参数与结构响应的模态区间逆响应面模型,进而直接在模态区间逆响应面模型上进行模态区间运算,即可识别材料参数的变异性区间;最后,采用一组钢板模态实验来验证所提方法的可行性及可靠性。结果表明:所提方法可准确识别钢板材料参数的取值区间,有效地解决多重变量区间运算存在的区间过估计问题,识别过程避免区间迭代优化,具有较高的计算效率。

关键词：参数识别模态区间分析响应面不确定性

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基于云模型和模型修正的不确定性损伤识别

振动．测试与诊断 2024年第5期44卷 971-978,1041页

作者：郑金铃骆勇鹏齐林陈鑫廖飞宇福建农林大学交通与土木工程学院福州350002 数字福建智能交通技术物联网实验室福州350002 中铁上海设计院集团有限公司上海200070

结构损伤识别中存在的不确定性因素相互渗透、相互耦合,对识别结果有较大影响。针对此问题,提出基于随机模型修正和云模型漂移性度量(Kullback-Leibler divergence based on cloud model,简称KLDCM)的不确定性损伤识别方法。首先,采用... 详细信息

结构损伤识别中存在的不确定性因素相互渗透、相互耦合,对识别结果有较大影响。针对此问题,提出基于随机模型修正和云模型漂移性度量(Kullback-Leibler divergence based on cloud model,简称KLDCM)的不确定性损伤识别方法。首先,采用云模型数字特征参数量化不同状态下实测数据的不确定性,并通过云发生器扩充实测数据;其次,基于改进随机模型修正方法计算与扩充后数据所对应的结构物理参数,根据云模型外包络曲线计算未知工况与健康工况下结构各单元物理参数的漂移度,并以归一化后各单元漂移度指标均值为阈值判别损伤单元位置;然后,在损伤位置判断的基础上,以损伤单元物理参数期望值来衡量损伤单元的损伤程度;最后,采用数值模拟和实际结构验证所提方法的可行性及可靠性,探讨了噪声水平、原始样本个数对损伤识别结果的影响。研究结果表明,与基于最大边界曲线法(maximum-boundary curve method,简称MCM)相比,所提方法受不确定性因素影响较小,具有更好的损伤识别精度。

关键词：损伤识别响应面模型修正云模型不确定性

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变分模态分解和同步挤压小波变换识别时变结构瞬时频率

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振动与冲击 2018年第20期37卷 24-31页

作者：刘景良郑锦仰林友勤邱仁辉骆勇鹏福建农林大学交通与土木工程学院福州350002 福州大学土木工程学院福州350108

针对土木工程领域存在的时变多分量响应信号,提出一种变分模态分解定理和同步挤压小波变换理论相结合的时变结构响应信号瞬时频率识别新方法。该方法首先利用响应信号的小波量图判断分量信号的个数,然后通过变分模态分解定理将多分量信... 详细信息

针对土木工程领域存在的时变多分量响应信号,提出一种变分模态分解定理和同步挤压小波变换理论相结合的时变结构响应信号瞬时频率识别新方法。该方法首先利用响应信号的小波量图判断分量信号的个数,然后通过变分模态分解定理将多分量信号自适应地分解为多个分量信号,最后对分解得到的分量信号进行同步挤压小波变换并识别其瞬时频率。通过一个多分量信号数值算例、一个质量突变悬臂梁试验和一个时变拉索试验验证该方法的有效性,研究结果表明:提出的新方法能够有效识别时变结构响应信号的瞬时频率,且识别效果优于传统的希尔伯特-黄变换和连续小波变换。

关键词：变分模态分解同步挤压小波变换多分量信号时变结构瞬时频率

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最大系数多重同步挤压变换识别结构瞬时频率

振动．测试与诊断 2024年第1期44卷 37-43,195页

作者：刘景良李宇祖苏杰龙盛叶骆勇鹏福建农林大学交通与土木工程学院福州350002 “数字福建”智能交通技术物联网实验室福州350002

针对多重同步挤压变换及其改进算法存在的未重排点问题,提出了一种基于最大系数的多重同步挤压变换(maximum coefficient based multi-synchrosqueezing transform,简称MCMSST)方法来识别时变结构非平稳响应信号的瞬时频率(instantaneou... 详细信息

针对多重同步挤压变换及其改进算法存在的未重排点问题,提出了一种基于最大系数的多重同步挤压变换(maximum coefficient based multi-synchrosqueezing transform,简称MCMSST)方法来识别时变结构非平稳响应信号的瞬时频率(instantaneous frequency,简称IF)。首先,引入傅里叶频谱来辅助多分量响应信号选取截止频率;其次,对响应信号进行短时傅里叶变换(short time fourier transform,简称STFT),针对短时傅里叶变换系数求取针对时间的偏导,从而获得估算的瞬时频率;然后,在对瞬时频率的估算值进行多次迭代的基础上,仅保留时频系数模值最大处所对应的估算瞬时频率,并将其余位置的瞬时频率值归零;最后,对时频系数模值最大处所对应的瞬时频率进行时频重排即可得到细化后的瞬时频带。由于基于MCMSST方法提取的是瞬时频带,故采用时频系数模极大值法在限定的频带范围内提取瞬时频率曲线。通过2组数值算例和1个铝合金悬臂梁质量突变试验,验证了所提方法的有效性。研究结果表明,MCMSST方法不仅彻底解决了未重排点问题,而且提高了瞬时频率的识别精度和抗噪能力。

关键词：时变多重同步挤压变换未重排点时频系数瞬时频率

基于向上取整的多重同步挤压变换识别时变结构瞬时频带

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振动与冲击 2022年第21期41卷 201-208,237页

作者：李宇祖刘景良廖飞宇骆勇鹏王芳福建农林大学交通与土木工程学院福州350108 “数字福”智能交通技术物联网实验室福州350108 福建省锅炉压力容器检验研究院福州350008

针对多重同步挤压变换及其改进算法存在未重排点问题,提出了一种新的基于向上取整的多重同步挤压变换来识别时变结构的瞬时频带。该方法首先采用Brug法对自回归模型的参数进行估计,然后再通过自回归模型对信号进行延拓,最后对估算的瞬... 详细信息

针对多重同步挤压变换及其改进算法存在未重排点问题,提出了一种新的基于向上取整的多重同步挤压变换来识别时变结构的瞬时频带。该方法首先采用Brug法对自回归模型的参数进行估计,然后再通过自回归模型对信号进行延拓,最后对估算的瞬时频率小数部分进行两次向上取整,从而很好地解决了未重排点和端点效应问题。通过两组数值算例和一个拉索试验验证了所提新方法的有效性,研究结果表明,相比现有的多重同步挤压变换及其改进算法,基于向上取整的多重同步挤压变换不但彻底去除了未重排点,而且也提高了频带的识别精度。

关键词：时变多重同步挤压变换未重排点向上取整瞬时频带

基于响应面的刚构-连续组合梁桥有限元模型静动力修正

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公路交通科技 2013年第11期30卷 53-61页

作者：韩建平骆勇鹏兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学防震减灾研究所甘肃兰州730050

提出一种联合运用静动力测试数据、基于响应面的桥梁结构有限元模型静动力修正方法,并利用一刚构-连续组合梁桥———靖远黄河大桥的现场测试数据对其有限元模型进行了修正。其中,试验设计分别采用中心复合设计和D-最优设计,2种试验设... 详细信息

提出一种联合运用静动力测试数据、基于响应面的桥梁结构有限元模型静动力修正方法,并利用一刚构-连续组合梁桥———靖远黄河大桥的现场测试数据对其有限元模型进行了修正。其中,试验设计分别采用中心复合设计和D-最优设计,2种试验设计方法得到的有限元模型修正结果对比表明,不同的试验设计方法对修正精度的影响较小,但对修正后参数的取值有较大影响。联合运用静动力测试数据进行有限元模型修正,修正后的计算频率与实测频率更加吻合,偏差在3%以内,修正后结构计算挠度和实测挠度偏差基本在7%以内,而仅利用动力测试数据修正结构的计算挠度和实测挠度偏差基本在15%以上。上述结果表明,联合运用静动力测试数据修正后的有限元模型能更准确地模拟实际桥梁结构的力学性能。

关键词：桥梁工程刚构-连续组合梁桥有限元模型修正响应面法中心复合设计 D-最优设计静动力测试