基于修正模态的混合遗传算法结构损伤识别.pdf

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1、第45卷第3期大连理工大学学报Vol.45~No.32OO5年5月JournalofdalianUniversityoftechnologyMay2OO5=================================================================文章编号:1OOO-86O8(2OO5)O3-O362-O4基于修正模态的混合遗传算法结构损伤识别邹大力~屈福政(大连理工大学机械工程学院~辽宁大连116O24)摘要:采用模态参数对结构进行损伤识别时~测试模态参数包含的误

2、差使识别结果受到影响~严重时甚至不能反映结构的实际破损情况.结构损伤检测可以作为一优化问题.为此提出一种基于修正测试模态的损伤识别方法~即将基于测试频率和修正后的测试振型组成的函数作为优化目标~由具有鲁棒性及易于处理非确定性信息能力的遗传算法和局部搜索算法组成的混合遗传算法作为优化工具.基于桁架的分析结果表明~即使在测试数据包含误差的情况下~采用该方法也能获得满意的识别结果.关键词:损伤识别;模态修正;遗传算法;局部搜索算法中图分类号:T~113.1;TU312.3文献标识码:0引言构的固有频率和振型

3、是诊断的直接依据.其中频率主要表征了结构的全局特性~振型则主要表征结构损伤识别是当前结构工程中十分活跃的了结构的局部特性.因此在将模型修正和损伤识研究领域之一.其中以测试的模态参数作为结构别转化为优化问题后~频率误差最小和振型误差破损的评估方法由于其应用的简便性和理论的相最小必须综合考虑~才能在一定程度上获得满意对完备性~更加受到关注[1].通常损伤识别问题的识别效果.可归结为优化问题来处理[1~2]~将计算模型和结构设测量模态和分析模态分别为实际测试响应的差异作为优化目标~分别对损伤TT0m=(0m

4、b0me)~0a=(0ab0ae)(1)前后计算模型的参数进行修正~进而通过比较计其中0分别是测试点处和非测试点处的测mb~0me算模型的差异~达到损伤识别的目的.量模态的模态振型分量~而0分别是测试点ab~0ae由于实际测试数据总是包含了一定程度的误处和非测试点处分析模态的模态振型分量.此时差~这种误差在结构发生多点损伤和早期损伤时~目标优化函数为对损伤识别的影响更为严重.为了减少这种误差minF=Fc-FZ(2)的影响~一方面需要提高测试的质量和精度;另一其中F为综合目标函数~F为频率偏差函数~F

5、cZ方面在对测试数据进行分析时~需要考虑测试误为振型偏差函数.通常F和F表示为差的影响[3]cZ.为此本文提出基于模态修正的损伤12cmz-caz识别方法~即在预先考虑到测试模态参数存在误Fc=Wcz(3)cmzz=1差的前提下~不直接采用测试数据~而是对测试模1态数据中误差较大的振型数据先进行修正~然后TFZ=WZz(Zmz-Zaz)(Zmz-Zaz)=z=1再作为进行结构损伤识别的原始数据~并进一步12W2(0mb-0ab)F(4)结合应用混合遗传算法进行优化计算.式(3)~(4)中:c和c分别为

6、第z个测量频率和mzaz1理论分析计算分析频率~Zmz和Zaz为第z个测量振型和计算分析振型~W和W为对应的权系数~-为czZzF用动力学方法进行结构的损伤识别~实测结收稿日期:2OO4-O1-19;修回日期:2OO5-O4-O8.基金项目:国家自然科学基金资助项目(5O175OO9).作者简介:邹大力(1973-)~男~博士生;屈福政(1957-)~男~教授~博士生导师.第3期邹大力等:基于修正模态的混合遗传算法结构损伤识别363矩阵的FrobeniuS范数(欧氏范数).然后使采用式(2)进行结构损

7、伤识别的前提是认为8L(G)/8G=0(12)测试模态(振型和频率)是精确无误的误差只是即可得存在于设计参数和有限元模型中.但实际上测试DTTab(W1+W2)Dab]G=Dab(W1Dmb+W2Dab)模态和分析模态都是存在误差的.采用式(2)直(13)接处理带误差的测试数据其结果不能真实反映整理可得系统实际状态.因此为了获得满意的损伤识别结G=DT-1DTab(W1+W2)Dab]ab(W1Dmb+W2Dab)果有必要考虑测试误差的影响.先对测试模态(14)进行修正再采用修正后的模态数据进行损伤识

8、通常认为各自由度的测量精度相同.分析精度相别.同因此W和W的对角元素相同且取为w和121设结构的无误差(理想)测试模态振型为w2则式(14)简化为T/=(/b/e)(5)1T-1TG=(DabDab)Dab(w1Dmb+w2Dab)(15)又设w1+w2求得因子阵G后代入式(10)便可获得经过平滑ADmb=Dmb-/bADab=Dab-/b(6)修正过的测量振型/.显然AD是测试模态的误差矩阵AD是分析mbab对于式(8)这个优化问题采用惩罚函数法模态的