基于虚拟脉冲响应函数与神经网络的结构损伤定位研究

张启亮，刁延松，佟显能，于 菲

(1.青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266033;2.青岛同圆建筑设计有限公司，山东青岛266000)

基于振动测试的结构损伤定位方法一般是由结构的振动响应来提取结构的损伤特征参数，再根据结构的损伤特征参数来判断结构的损伤状况，故结构的损伤特征参数的选取直接关系到损伤定位结果的优劣。常用的结构特征参数有固有频率、模态振型及模态阻尼等模态参数。近年来，模态参数因其直接反映结构的状况而备受关注。但是模态参数受环境(如温度、湿度等)、工况及结构本身不确定性的影响很大，故基于模态参数的方法应用在工程实际中的很少。目前，已有学者陆续提出了一些非模态特征参数，如Biswajit［1］利用小波系数研究了双线性结构与迟滞系统的刚度衰减及损伤定位问题;Law［2］等通过小波包方法计算了结构的小波包能量及其分布以此检测定位损伤;Nichols［3］等人比较了吸引子维数和关联维数识别损伤的结果，得出前者比后者更准确的结论;Rutolo［4］等人将不同工况下的频率响应组成Hankle矩阵，奇异值分解法计算矩阵的秩后，根据秩的不同判断结构是否发生变化等等。这些方法都是以人工激励作为输入的。然而像跨海大桥、海洋平台等大型土木工程结构其结构复杂、体积庞大、造价昂贵，所处的环境恶劣，人工激励难以施加并且费用较高，环境荷载激励难以测试。针对这种情况，本文直接利用白噪声激励下结构两点响应构造虚拟脉冲响应函数，并对虚拟脉冲响应函数的幅值进行了小波包分解并计算其节点能量，以结构损伤前后的小波包节点能量变化量作为损伤特征向量，利用BP神经网络的模式分类功能进行结构损伤定位研究。……