结构模态测试中传感器布点优化方法比较

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1、结构模态测试中传感器布点优化方法比较彭细荣（清华大学深圳研究生院深圳518055）路新瀛（清华大学土木工程系北京100081）摘要：分别从布点准则及优化算法的角度对■传感器布点优化（OSP）方法进行比较，并提出了分步传感器布点优化方法，町在布点优化中芳虑多种准则，同时冇效降低组合优化的规模•以某拱桥模态测试的传感器布点优化为例，验证了此方法适用于大规模结构的可行性。关键词：传感器布点准则优化算法比较研究COMPARISONOFMETHODSFOROPTIMALSENSORPLACEMENTINSTRUCTURALMODALTESTPeng

2、Xirong(GraduateSchoolatShenzhen.TsinghuaUniversityShenzhen518055)LuXinying(DepartmcnlofCivilEngineeringsTsinghuaUniversilyBeijing100084)Abstract：SomemethodsforOSParcacomparedinlheviewofsensorplacementcriteriaandoptimalalgorilhmrespectively；andamulti-stepoptimalsensorplace

3、mentmethodisputforwardinpresentwork.Anexampleaboutoptimizingsensorplacementforthemodaltestonanarchbridgeshowsthatthemethodissuitableforlargestructure・Keywords：sensorplaccrncntcriteriaoptimalalgorithmcomparisonstudy传感益布点优化问题是一个在结构模态测试等工程应用中普遍遇到的问题。航空航天领域的专家较早对传感器布点优化问题进行了研

4、究，发展了有效独立法（EFI尸］、结构动能法⑵、EFI一DRP法®如、EVP法、NODP法⑷、MAC法⑺等多种方法,Staszewski于2001年对结构损伤识别中传感器布点优化问题进行了综述幻。对传感器最优布点问题的研究，各种方法的不同之处表现在目标函数及优化算法的选取上⑷。対冃标函数的选取•主要考虑传感器布点准则是否能得到合理的布点方案•对优化算法的选取主要考虑计算效率的高低。n前的一些研究在不同方法的比较上往往将布点准则与优化算法混合在一起，山于现有的优化算法并不能保证得到全局最优解•使得他们对布点准则的比较实质是在不同的局部最优解

5、之间比较，优化算法的比较也山于不同布点准则的彩响I何含混不淸。本文以一个均匀厚度的三跨连续桥面板⑷的模态参数测试中传感器的布点优化问题1008tenstructionVol.37.Supplement.2007为例•对目前一些常用的（）sP方法，从布点准则及优化算法两个角度分别进行了比较。比较布点准则时求解算法采用穷举法（EA）・由于不同布点准则比较的对象都是它们的全局最优解•从而避免了一种布点准则的某个局部最优方案与另一种布点准则的某个局部最优方案进行比较的不合理。优化算法的比较是在同一准则下比较了序列累加法（ForwardSequen

6、ceAlgorithm）"J、序列累减法（BackwardSequenceAlgorithm）^及遗传算法（GA）-也。在对布点准则及优化算法比较分析的基础上，提出了一种分步传感器布点优化方法，使最优布点方案是在保证设点可行的前提下•综合考虑多种布点准则以便得到更为合理的方案•同吋也冇效地降低了组合优化问题的求解规模。此方法可适用于大规模结构，最后以某拱桥的传感器布点优化为例对節一作者：彭细荣男1972年3月出生助研收稿日期:2007-01-25工业建筑2007年第37卷增刊■B此方法的可行性进行了验证。1传感器布点准则的比较1.1三跨连

7、续桥面板传感器布点优化算例模型』］某20m+35m+20m的三跨连续简支桥而板宽15m,材料性质为弹性模量10OOOMPa,泊松比0.16,质量密度25000N/n?0图1为有限元模型及上下侧边节点的编号。布设6个传感器•测定前3阶模态参数。图1结构有限元模型2.2有效独立法(Efl)有效独立法(Efl)是Kammer提出的一种基于识别误差最小准则的方法，其优化的B标是使Fisher信息阵的行列式值最大化⑴oFisher信息阵表达式为：A=0陆(1)式中•叽为按待选传感器位置截断的冃标模态振型矩阵。计算得到2个全局最优解对应的传感器布点方

8、案如图2所示。由于结构及前三阶振型都是关于中跨屮线对称的，两个布点方案其实完全相同。中跨两测点距离太近。图2心1方法得到的2个布点方案2.3模态动能优化法EOT(KineticEnergyOp