基于机电阻抗技术的桁架结构健康监测方法研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:zzc2001
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桁架结构属于施工临时性搭建结构,具有装配灵活,受力均匀等优点,被广泛应用于高速公路和建筑屋顶等建设之中。由于施工桁架是临时结构,且具有搭设方式多样、不确定因素众多、承受载荷较大、计算理论尚不完善等特点,致使在我国发生的建筑施工事故中有四分之一与桁架的失效有关,造成了巨大的损失。因此,如何快速而准确地监测桁架结构的安全性,不仅直接关系到施工人员的生命安全,同时还关系到施工过程的顺利进行。机电阻抗法是近几年来新兴的一种结构健康监测方法。该方法的基本思想是通过检测粘贴于结构表面上的压电片电阻抗变化来判定结构的损伤情况,具有局部灵敏度高、传感器便于安装、无需模型分析等优点。但市面上阻抗测量仪器往往体积较大、价格昂贵,针对这些问题,研制便携式无线阻抗测量装置。最后、利用神经网络技术处理测量数据,实现对结构健康状况的智能识别和分析。本文主要研究内容和成果如下:(1)调研机电阻抗结构健康监测技术和阻抗测量技术的国内外研究概况,并对机电阻抗结构健康监测技术和基于神经网络的损伤智能识别方法进行理论分析。(2)搭建了以高精度阻抗测量芯片AD5933为核心的阻抗测量系统硬件电路,该电路包括AD5933外围电路、微处理器芯片和无线通信模块等。采用MATLAB与Visual C++混合编程的方式编写上位机监测软件。利用研制的机电阻抗结构健康监测系统进行管道健康监测实验,实验结果验证了研制的机电阻抗结构健康监测系统的有效性。(3)将机电阻抗法应用于桁架结构的健康监测,首先通过实验的方法确定敏感频段,然后对结构在不同状况下采集的阻抗谱数据进行分析,包括数据预处理(数理统计方法、数据压缩等)和神经网络损伤识别。研究结果表明,机电阻抗法在复杂结构健康监测领域具有极大地应用潜力,利用神经网络对数据进行处理不仅可判断损伤的有无,还可定量评估损伤程度,并且对损伤进行定位。最后利用自制系统进行健康监测研究,证明本系统具有较高的实用性。
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