基于静动力响应面的梁桥有限元模型修正方法研究

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1、国内图书分类号：U448.21密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学硕士生学位论文基于静动力响应面的梁桥有限元模型修正方法研究年级二〇一五级姓名李刚申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师蒲黔辉教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U448.21U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisResearchonFiniteElementMethodUpdatingForBeamBridgeBasedonStaticandDynamicResponseSurfaceGrade:201

2、5Candidate:GangLiAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:ArchitecturalandCivilEngineeringSupervisor:Prof.QianhuiPuMay，2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要桥梁作为交通网络的重要组成部分，是发展经济和改善民生的关键基础设施。我国在役桥梁众多，其中绝大部分为中小跨梁式桥，为确保交通网络的畅通，需要对既有桥梁的损伤状况和健康状况做出科学的评估。有限元模型修正作为结构损伤识别和健康监测的基础性工作，主要用于获取能反映结构真实受力情况的基准模型

3、。传统模型修正通过灵敏度分析，反复调用有限元模型进行优化计算，存在计算效率低和收敛困难的问题。基于响应面的模型修正方法采用函数对有限元模型进行拟合，在拟合所得的数学模型上进行优化，大大提高了优化效率。本文首先回顾模型修正发展历程并介绍响应面模型修正基本理论，采用基于响应面的模型修正方法，分别对数值工字钢梁、足尺轨道梁和三跨连续梁的有限元模型进行修正，并对比静力法、动力法和联合法的修正效果，同时探讨了采用动态权重法构造目标函数的作用和适用条件。得到如下基本结论：1、采用中心复合设计和完整二次多项式得到的响应面具备良好的拟合精度，满足简支梁和连续梁等结构的分析要求，无需

4、采用计算量更大的高阶多项式或增加过多的样本点来提升拟合精度；2、静力法的静力修正效果较好，动力法的静力修正效果欠佳，联合法综合修正效果最好。相较于动力测试结果，静力测试值精度更高，静力法的动力修正效果取决于仅对动力敏感的参数与其初始值的偏离程度。若动力响应存在较大误差，不仅联合法的动力修正效果无法得到有效提升，还会降低静力修正效果；3、当各响应的相对误差存在较大差异时，动态权重法提升修正效果的作用更明显。模型修正实质是多目标优化问题，若某个或数个响应存在较大误差，会增大目标函数的残差进而降低修正效果，动态权重法通过赋予误差较大的响应较小的权重，达到减小目标函数残差并

5、提高修正效果的目的。一般而言，不同类型响应的误差程度不同，若差异较大，动态权重法能改善修正效果，若差异较小，动态权重法的意义不大。关键词：模型修正；响应面；静力法；动力法；联合法；动态权重法西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractAsanimportantpartofthetransportationnetwork,bridgesarethekeyinfrastructureforeconomicdevelopmentandpeople’slivelihoodimprovement.TherearemanybridgesinserviceinChina

6、,mostofwhicharesmallandmedium-spanbridges,toensurethesmoothflowoftransportationnetworks,scientificassessmentsofthedamageandhealthstatusmustbemadeforexistingbridges.Theupdatingoffiniteelementmodelisusedasbasicworkforstructuraldamageidentificationandhealthmonitoring,andobtainsareferencem

7、odelthatcanreflecttheactualstressofthestructure.Thetraditionalmodelupdatingmethodoptimizesbyrepeatedlyrunningthefiniteelementmodel,thereistheproblemoflowcomputationalefficiencyandconvergencedifficulties.Themodelupdatingmethodbasedonresponsesurfaceusesafunctiontofitthefiniteelementmod