[发明专利]基于长标距时频域信息的多尺度有限元模型修正方法在审

专利信息
申请号: 201910654718.5 申请日: 2019-07-19
公开(公告)号: CN110516297A 公开(公告)日: 2019-11-29
发明(设计)人: 冯德成;吴刚;陈适之 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 32204 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 代理人: 赵淑芳<国际申请>=<国际公布>=<进入
地址: 211189 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 长标距 目标函数 元模型 桥梁 静态响应 模型修正 时程响应 多尺度 响应 长标距传感器 修正 分析模型 过程结束 计算模型 抗弯刚度 滤波处理 模型计算 损伤识别 遗传算法 时频域 构建 实测 收敛 优化 损伤
【说明书】:

发明公开了一种基于长标距时频域信息的多尺度有限元模型修正方法,包括以下步骤:通过长标距传感器测得桥梁的长标距应变动态时程响应;将应变响应进行滤波处理,得到桥梁长标距拟静态响应;将长标距拟静态响应代入损伤识别方法,识别处桥梁损伤所在位置;建立初始多尺度有限元分析模型;计算模型的长标距应变动态时程响应;以模型计算的响应与实测的响应差构建目标函数;用遗传算法对目标函数对有限元模型进行优化,优化的参数为桥梁的抗弯刚度分布;当目标函数值收敛时,则模型修正过程结束。本发明可以有效准确快速完成有限元模型修正,降低模型修正时间,提升效率。

技术领域

本发明涉及桥梁模型修正方法,具体涉及一种基于长标距时频域信息的多尺度有限元模型修正方法。

背景技术

桥梁工程在上部车辆荷载、环境侵蚀及意外灾害作用下,其性能会逐步下降,达不到设计需求,可能会发生安全事故,造成人员和财产损失。为了对桥梁进行及时评估维护,保障上部通行人员和车辆安全,需要对桥梁进行及时检修。目前最有效的方法是通过有限元模型修正手段来实现对桥梁性能评估。有限元方法是一种有效的模拟手段,可以准确计算出结构的各项响应。但有限元模型在计算时由于采用了诸多假定,同时一些材料、几何参数仅由设计决定,与实际结构工作状况并不符合,由此得到的模拟结果并不能真实反映结构的实际状态。而经过有限元模型修正技术则可以利用现场实测数据有效消除上述各项误差,得到精确的有限元模型,可以用来对结构性能状态进行有效评估。

目前,许多学者已经开发出很多模型修正方法,但模型修正计算量大、计算时间长,在实际应用中效率太低,无法快速实时对桥梁进行评估。同时,一般模型修正方法中的目标函数基本由结构频域信息,主要包括固有频率、结构模态等。这些参数对结构局部性能参数并不敏感,修正后的模型难以精确反应结构真实状况。

发明内容

发明目的:本发明的目的是提供一种基于长标距时频域信息的多尺度有限元模型修正方法,解决计算时间长,效率低,难以精确反应桥梁结构真实状况的问题。

技术方案:本发明所述的基于长标距时频域信息的多尺度有限元模型修正方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)通过长标距传感器测得桥梁的长标距应变动态时程响应;

(2)将测得的长标距应变动态时程响应进行滤波处理,得到桥梁长标距拟静态响应;

(3)将各个传感器的长标距拟静态响应的极值点连成线,极值点连线凸起处即为桥梁损伤所在位置;

(4)基于损伤识别的结果建立初始多尺度有限元分析模型,在识别存在损伤处由精细的实体单元建模,在结构完好部分则由抽象的梁单元建模,在两种单元的界面处将相关自由度进行绑定;

(5)随机采样模型初始参数值,用显式动力学算法计算模型的长标距应变动态时程响应;

(6)以模型计算的响应与实测的响应差构建目标函数,来量化当前模型和真实结构模型间的差距;

(7)用遗传算法不断尝试改变模型参数以降低目标函数值,缩小模型和真实结构间的差别,完成有限元模型的优化;

(8)当目标函数值不收敛时重复步骤7),收敛时,则模型修正过程结束。

其中,所述步骤(1)中在测量时,测量的采样频率应大于等于两倍桥梁一阶自振频率。

所述步骤(2)中在进行滤波处理时,滤波的截断频率应取为桥梁的一阶频率。

所述步骤(6)中目标函数具体形式为

其中,n代表总传感器数量,T为测得的响应时程长度,为有限元模型模拟和实测得到的第i个传感器长标距拟静态响应值。

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