结构智能健康诊断研究与进展.pdfVIP

心心!竺 ‘工程力学》 增刊2003年 结构智能健康诊断研究与进展 董聪，江见鲸 (清华大学结拇工程与振动教育缸t点实验室．北京1000“) 摘薹：本文发现了一些重要的现象和结论：1)结构的总体剐度矩阵【K】，模态特征值九，和模态振型【中】，之间存 在以下关系6九／=【西】，【6K】[中l，和6丸，sO．2)对于损伤结构，16叫=0和硒研=0同时发生的情况一定不存在。 也就是说，结构损伤必然会在结构的内禀动力特征协柚上得到完整的反映．这一发现回答了人们长期以来的一项 争论，即结构的内禀动力特征{乜耐是否足以作为结构损伤识别和定位的充分条件，答案是肯定的。3)通常应变类 结构动力学参数比位移类结构动力学参数对结构损伤更敏感．4)利用多层前向人工神经网络的自组织学习功能和广 义遗传算法的全局优化功能，设计一个基于广义遗传算法和人工神经网络的混合型结构智能健康诊断演化系统是可 行的，且该系统的知识库可实现自主进化． 关键词：智能健康诊断；损伤识别与定协在线风险预警：广义遗传算法；人工神经网络 ＼、、∥ 1引言 90年代以来，随着大跨度铁路公路双用桥、大型水利发电机组、大型核能发电机组、国际空间站计划、 火星无人探测计划等大型工程项目的实施，基于动力特性的复杂结构体系的健康自动诊断阀题迅速成为国际 学术界和工程界关注的热点．以国际空间站计划的实施为契机，美、英、法、德、日等发达国家相继投入了 大量的研究与发展资金用于支持该领域的探索性研究。我国自90年代中期开始，首先在863航天高科技：． 划中投入了一定的资金用于支持大型复杂结构体系健康自动诊断问题的探索性研究。研究发现，导致复杂结 构体系发生故障和失效的原因是多方面的，其中，循环荷载作用下的疲劳损伤累积，及有损结构在动力荷载 作用下的裂纹失稳扩展是造成复杂结构体系发生灾难性事故的主要原因之一。初步研究表明，损伤监测(检 测)、预警及适时维修制度的建立．有助于在一定程度上消除隐患及避免灾难性事故的发生。建立损伤监测、 预警及适时维修制度涉及的一个核心问题就是如何对复杂结构体系中已经出现的损伤进行有效的识别、定 位，及对由损伤引起的系统使用风险进行评估。损伤识别回答的是结构有无损伤及损伤程度如何的问题，是 进行结构健康诊断的基础。损伤定位是进行结构健康诊断的核心，也是问题的难点所在。结构损伤程度的标 定和系统使用风险评估为结构完整性评定及实施封闭(停机)、维修、降额使用、报废等各项决策提供了可 靠的依据，是工程结构进行健康诊断的目的所在。 本文对近30年来国际上在结构损伤识别和定位研究方面的重要成就进行了系统的分析和总结，在此基 础上，提出了结构损伤识别和定位问题的智能化系统解决方案。 本项研究的应用目标主要有两类：～是大型空间结构的自主健康诊断系统，潜在应用对象为大跨桥梁 结构和空间站结构的自主健康诊断系统。二是大型动力装置和旋转机械的在线健康监测和诊断系统。潜在应 用对象为大型动力装置、直升机悬翼、大型火箭发动机等的结构故障在线监测和诊断系统。 2当前的状态与问题 进行结构损伤识别与定位，首先需要解决损伤标识量的选择问题，即决定以哪些物理量为依据能够更 好地识别和标定结构的损伤程度与方位。关于损伤标识量的选择原则，国际上尚缺乏系统深入的研究，突出 袭现是，目前广泛采用的许多结构损伤识别指标实际上存在原理性缺陷。从逻辑上讲，损伤识别需要解决2 作者简介z董曩(1964)·男．研究员．博士．从事垴构健康i耋断研究 扛览一(1竹1)·鼻．鞍攫·博士．螭构工程与鼍动技育部t点实验堑土妊，从jF结构键康谚断研究 ‘工程力学》 增刊2003年 I札6 个问题：第一，结构有无损伤。第二，结构损伤程度如何。目前国际上广泛采用的许多结构损伤识别指标只 考虑了第一个因素，而忽略了第二个因素。综合考虑，作为结构损伤识别指标，损伤标识量应为随结构损伤 程度的增加呈单调变化趋势的物理量。我们