一种基于EI和逐步消减法的传感器优化布设方法技术

本发明专利技术公开了一种基于EI和逐步消减法的传感器优化布设方法，该方法提供的公式可以直接用于计算不同结构类型、不同计算跨径桥梁的传感器优化布设位置。适用于桥梁结构计算分析技术领域。本发明专利技术得到的是次优解，由振动理论可知，如果待识别的模态个数为m，则m个传感器就可以满足参数识别的要求，其他的传感器事实上是出于振型可视化或者振型匹配的考虑，所以次优解是可以接受的。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于EI和逐步消减法的传感器优化布设方法，该方法提供的公式可以直接用于计算不同结构类型、不同计算跨径桥梁的传感器优化布设位置。适用于桥梁结构计算分析
。本专利技术得到的是次优解，由振动理论可知，如果待识别的模态个数为m，则m个传感器就可以满足参数识别的要求，其他的传感器事实上是出于振型可视化或者振型匹配的考虑，所以次优解是可以接受的。【专利说明】一种基于El和逐步消减法的传感器优化布设方法
本专利技术属于桥梁结构计算分析
，涉及一种传感器优化布设方法，尤其是一种基于EI和逐步消减法的传感器优化布设方法。
技术介绍
随着桥梁结构的跨径和规模越来越大，对桥梁结构在运营状态下进行健康监测是一个值得研究的热点问题。在桥梁健康监测系统中，传感器是整个系统的“眼睛”。通过传感器系统，桥梁健康监测系统可以实时地对结构进行监测，并传回数据，为后续工作打下基础。传感器优化布设最为设计结构健康监测系统的关键问题之一，是实现桥梁健康监测系统的第一步，对数据采集有着至关重要的影响。而传感器系统本身是一个“矛盾体”。一方面，为了对结构的健康状况做出合理的、科学的评价，需要使用尽量多的传感器，监测尽量多的醒目。另一方面，为了保证监测系统本身的可靠性和经济性，要求使用的监测设备不能过多。在已实施的桥梁健康监测系统中，有些系统规模过于庞大，系统本身的可靠性都无法保证；而有些结构的监测系统则想反，规模过于精简，以至于无法对结构的健康状态做出科学的评估。因此在应用中需要找到合适的方法寻求两者最佳的平衡点。目前，传感器优化布置主流算法主要有2种:有效独立法(EI)和序列法(MAC)。有效独立法不计及结构质量分布的不均匀性，可能会出现选取测点能量低导致信息丢失的情况。而序列法在待选测点较多时，计算量较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于EI和逐步消减法的传感器优化布设方法，其可以计算不同结构类型、不同计算跨径桥梁。本专利技术的目的是通`过以下技术方案来实现的:这种基于EI和逐步消减法的传感器优化布设方法，包括以下步骤:I)通过有限元计算，得到结构的模态向量矩阵，确定监测振型的数目，确定传感器的布置数目；2)利用EI法对模态向量矩阵进行优化，选取初始测点，形成初始模态向量阵，初始测点个数为传感器布置数目的η倍；其中n=2~7 ;3)求解初始模态向量阵的置信度矩阵MAC，并求MAC矩阵的最大非对角元max ；4)消去初始模态向量阵的第k个自由度后，求其模态向量阵的【(MAC】u)k矩阵，并计算其最大非对角元d ;其中k为自然数；5)计算f (k)=max-d的值,将f的最小值对应的自由度删除，形成新的初始测点，并得到新的模态向量阵；6)对振型矩阵的所有剩余自由度重复步骤3)~5)，直到剩余测点数，即模态向量阵的自由度数与传感器布置数目相同；剩余模态向量阵所对应的自由度即为传感器的安装自由度，从而得到传感器的安装位置。进一步，以上利用EI法对模态向量矩阵进行优化，产生初始测点集合，然后通过逐步消减法选取测点，具体按照以下步骤进行:(I)利用设计图纸，建立桥梁有限元模型并进行分析计算，得到其模态向量矩阵 ；(2)利用计算得E矩阵；【权利要求】1.一种基于EI和逐步消减法的传感器优化布设方法，其特征在于，包括以下步骤: .1)通过有限元计算，得到结构的模态向量矩阵，确定监测振型的数目，确定传感器的布置数目； .2)利用EI法对模态向量矩阵进行优化，选取初始测点，形成初始模态向量阵，初始测点个数为传感器布置数目的η倍；其中n=2~7 ； .3)求解初始模态向量阵的置信度矩阵MAC，并求MAC矩阵的最大非对角元max； .4)消去初始模态向量阵的第k个自由度后，求其模态向量阵的【(MAC】tf)k矩阵，并计算其最大非对角元d ;其中k为自然数； . 5)计算f(k)=max-d的值,将f的最小值对应的自由度删除，形成新的初始测点，并得到新的模态向量阵； .6)对振型矩阵的所有剩余自由度重复步骤3)~5)，直到剩余测点数，即模态向量阵的自由度数与传感器布置数目相同；剩余模态向量阵所对应的自由度即为传感器的安装自由度，从而得到传感器的安装位置。2.根据权利要求1所述的基于EI和逐步消减法的传感器优化布设方法，其特征在于，利用EI法对模态向量矩阵进行优化 ，产生初始测点集合，然后通过逐步消减法选取测点，具体按照以下步骤进行: (1)利用设计图纸，建立桥梁有限元模型并进行分析计算，得到其模态向量矩阵Os; (2)利用Φ3计算得E矩阵； 【文档编号】G06F17/50GK103778306SQ201410072195【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日 【专利技术者】梁鹏, 李斌, 王晓光, 马旭明, 吴向男 申请人:长安大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于EI和逐步消减法的传感器优化布设方法，其特征在于，包括以下步骤：1）通过有限元计算，得到结构的模态向量矩阵，确定监测振型的数目，确定传感器的布置数目；2）利用EI法对模态向量矩阵进行优化，选取初始测点，形成初始模态向量阵，初始测点个数为传感器布置数目的n倍；其中n=2～7；3）求解初始模态向量阵的置信度矩阵MAC，并求MAC矩阵的最大非对角元max；4）消去初始模态向量阵的第k个自由度后，求其模态向量阵的【(MAC】tf)k矩阵，并计算其最大非对角元d；其中k为自然数；5）计算f（k）=max‑d的值，将f的最小值对应的自由度删除，形成新的初始测点，并得到新的模态向量阵；6）对振型矩阵的所有剩余自由度重复步骤3）～5），直到剩余测点数，即模态向量阵的自由度数与传感器布置数目相同；剩余模态向量阵所对应的自由度即为传感器的安装自由度，从而得到传感器的安装位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁鹏，李斌，王晓光，马旭明，吴向男，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61