[发明专利]一种软基水闸有限元模型修正方法

说明书

本发明涉及一种软基水闸有限元模型修正方法，包括以下步骤：对目标软基水闸进行振动测试，得到水闸振动加速度或动位移响应信号；基于IVMD‑SSI方法识别软基水闸振动模态参数；建立软基水闸的有限元模型，确定软基水闸结构及地基的待修正参数分区；根据水闸振动模态参数和待修正参数，构建GA‑SVR代理模型以替代软基水闸的有限元模型；构建软基水闸有限元模型修正的目标函数，并基于BAS‑PSO优化算法对目标函数进行寻优求解，获得软基水闸待修正参数的最优组合。本发明软基水闸有限元模型修正方法克服了静力信息难以在线监测的局限性，解决了群体算法存在的计算效率低、个体算法难以实现全局收敛的问题，修正效果好，为软基水闸有限元模型修正提供了一种全新的思路。

技术领域

本发明涉及水闸结构安全监测及性能评估技术领域，具体的说，是一种软基水闸有限元模型修正方法。

背景技术

据统计，中国现已建成的流量为5m³/s及以上的水闸达103878座，其在防洪、灌溉、航运等方面发挥着不可替代的作用。然而，复杂的服役环境和水流的常年侵蚀给长期服役的水闸带来不同程度的安全隐患，尤其是坐落于软基上的水闸(软基水闸)，易出现闸室不稳定、结构损伤、闸基渗流破坏、底板脱空等问题，严重影响水闸工作效能的发挥。因此，水闸结构健康监测及性能评估研究对于保证水闸的长期安全运行具有重大意义。准确可靠的有限元模型是结构健康监测的基础，但由于模型参数、边界条件等不确定性因素的存在，使得建立的有限元模型不能准确地反映水闸结构真实的动力学特性，进而影响水闸损伤识别和性态评估的精度。当前，基于实测信息的水闸有限元模型修正方法是一种比较可靠的方法。

在工程结构领域中，有关有限元模型修正方法按实测信息可分为基于静力信息的有限元模型修正方法和基于模态参数的有限元模型修正方法。其中，基于模态参数的有限元模型修正方法克服了静力信息难以在线监测的局限性。此外，选择合理可靠的智能算法对水闸有限元模型修正至关重要，但各种智能算法均存在一定的局限性，如群体算法存在计算效率较低的问题，个体算法存在难以实现全局收敛的问题等，有待进一步改进。

对此，本发明基于软基水闸实测振动响应，采用基于改进变分模态分解的随机子空间法(IVMD-SSI)识别水闸振动模态参数；基于支持向量回归(SVR)原理，建立表征软基水闸待修正参数和模态参数之间非线性关系的基于遗传算法的支持向量回归(GA-SVR)代理模型；基于GA-SVR代理模型计算模态参数与水闸振动模态参数，构建软基水闸有限元模型修正的最优化数学模型；采用基于天牛须搜索算法的粒子群(BAS-PSO)优化算法来求解最优化数学模型，反演出软基水闸待修正参数的最优组合。该方法为软基水闸有限元模型修正提供了一种全新的思路。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，基于模态参数及BAS-PSO优化算法，建立一种软基水闸有限元模型修正方法；根据水闸实测响应信号识别出的模态参数和GA-SVR代理模型输出的模态参数，建立反映模态参数之间相对偏差最小的目标函数，采用BAS-PSO优化算法，反演出软基水闸待修正参数的最优组合，为软基水闸有限元模型修正提供了一种新的思路。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种软基水闸有限元模型修正方法，包括如下步骤：

步骤1、获取目标软基水闸的实际工程资料，进行软基水闸测点布置，并开展振动测试，得到水闸振动加速度或动位移响应信号；

步骤2、基于IVMD-SSI的软基水闸振动模态参数识别：基于改进变分模态分解方法IVMD对水闸振动响应信号进行降噪处理，将噪声信号从水闸振动信号中分离并滤除，保留信号中结构工作特征信息；然后利用随机子空间法SSI对降噪后的信号进行识别，得到水闸振动模态参数；

步骤3、根据步骤1中获取的目标软基水闸实际工程资料，利用有限元建模软件建立软基水闸的有限元模型，确定软基水闸结构及地基的待修正参数分区；