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《高耸塔架结构节点损伤的指标分析与反分析两步诊断法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第20卷第2期华 中 科 技 大 学 学 报(城市科学版)Vol.20No.22003年6月 J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Jun.2003高耸塔架结构节点损伤的指标分析与反分析两步诊断法1,21黄东梅 瞿伟廉(1.武汉理工大学 土木工程与建筑学院,湖北 武汉 430070;2.广西工学院 土木工程系,广西 柳州 545005)摘 要:针对高耸钢塔架结构的损伤特点,建立了具有节点损伤的有限元模型,提出了一种指标分析与反分析两步诊断法:第一步,通过对节点残余力向量指标进行分析来确定结构可
2、能损伤杆件的位置;第二步,把可能损伤的杆件的损伤因子作为设计变量,以损伤前后的杆端应变模态差向量的2范数作为目标函数,应用改进的混合遗传算法进行反分析运算,最终得到具体的损伤节点位置处的损伤程度.通过对一平面塔架结构的数值仿真分析表明,在理论上该方法是可行的.关键词:高耸塔架结构; 节点损伤; 混合遗传算法; 两步诊断法; 节点残余力向量; 应变模态+中图分类号:TU312.3 文献标识码:A 文章编号:100025730(2003)0220061204连接相同,而当C1和C2接近0时其变形和内力与
3、1 节点损伤的有限元模型铰接接近.用x=1-C来描述节点的损伤程度.节点损伤是指与节点相连的某根杆端截面抗2 节点残余力弯刚度的降低,以此来描述杆件与节点的半刚性连接[1].用图1所示的端部有刚度降低连接杆件的残余力法是由Zimmerman和Kaouk首先三单元组合来建立有杆端损伤的杆件的有限元模提出,当时称为“子空间转角法”,后来由Kahl和[2]Sirkis作了进一步的改进,其表达式为2di=$Kdfdi=(-XdMiu+Ku)fdi(i=1,2,⋯,m),(1)式中,di为第i阶模态残余力向量.理论上从di向
4、量的非零元素即可判断结构受损伤影响的自由图1 模型损伤前后的变形度,考虑到不同阶次的残余力对不同构件的损伤型,即把一根杆件分为三根杆件(e1,e2,e3),两头的影响不同,则宜测量前几阶中m阶对损伤敏感的小短杆可认为是刚度降低的端部,其损伤的严的固有频率和振型,且由式(1)可得残余力矩阵重程度可由端部杆件的抗弯刚度降低来描述.定Dn×m.设mdi为矩阵D的第i行元素绝对值的最义节点的固结系数C为损伤后端部杆件的抗弯刚大值,即度除以损伤前杆件的抗弯刚度,即C1=mdi=maxûdijû(i=1,2,⋯,n;j=1,2
5、,⋯,m).j(kr1)damagedö(kr1)undamaged,C2=(kr2)damagedö定义节点残余力向量为F={f1,⋯,fk,⋯,′(kr2)undamaged.其中,(kr1)damaged=M1öU1;(kr1)undamagedfs},其中fk表示第k个节点所包含的自由度所′=M1öH1;(kr2)damaged=M2öU2;(kr2)undamaged=M2öH2.对应的残余力最大分量mdi之和,即fk由节点力偶分配原理可知,与节点连接的某p根杆端抗弯刚度降低时,必然引起节点力偶的重=∑m
6、di.第k个节点包含第t到第p个自由i=t分配,从而使损伤杆端的杆端弯矩降低.理论和实度,理论上,根据节点残余力向量的非零元素的位践证明,当C1和C2等于1时其变形和内力与刚性置可以推断出可能的节点损伤杆件的位置.收稿日期:2003204201.作者简介:黄东梅(19762),女,硕士研究生;武汉,武汉理工大学土木工程与建筑学院(430070).©1995-2003TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.· 华 中 科 技 大
7、 学 学 报62·(城市科学版)2003年设计变量的子代个体最多由40个父体共同遗传3 混合遗传算法产生.这种杂交方式能极大地改变原有模式,在有限的群体规模下尽可能多地增加群体的多样性,3.1 求解思路扩大算法的搜索范围,还能保留一些适应值高的交错使用改进遗传算法和变尺度法进行优化模式免受破坏.另一方面,它把杂交引入到设计变计算.遗传算法具有全局性的特点,能在指定变量量级别,使设计变量增多对算法效率的影响减小.空间全面地搜索解,并且不用进行求导运算,但是f.变异算子.给群体带来新的遗传基因以恢简单遗传算法收敛速度缓
8、慢,并受到编码长度的复由于选择算子的作用而失去的个体多样性.二影响,不能局部地、细致地搜索求解.变尺度法具进制编码的变异算子是以一定的概率Pm将所选有超线性收敛性,它融合了梯度法和牛顿法的优个体的位取反.若是1,则取0;若是0,则取1.点,避开了海塞矩阵及其逆矩阵的烦琐计算,但在g.加快收敛的策略.为加快收敛速度,采用一[5]求函数梯度时只能用差分代替偏导,
