斜拉桥结构损伤识别的小波-细菌觅食优化算法研究

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随着科学与社会经济的进步,土木工程结构朝复杂化和多样化的方向发展。斜拉桥结构具有受力性能好、跨越能力强、造型丰富和抗震能力强等优点,在工程中运用十分广泛。在斜拉桥结构投入使用的过程中,通常会受到荷载,环境以及各类突发事件的作用而造成损伤,从而导致灾难性事故的发生。因此,如果通过预先进行结构损伤识别诊断的方式来对结构安全状况进行评估,就能避免灾难的发生,保证人民的生命财产安全。所以对斜拉桥结构进行损伤识别研究,及时发现其损伤情况具有重大的意义。本文在对国内外结构损伤理论研究的基础上,利用小波在信号分析时的自适应性和时频两域分析的优点来处理结构动力学信号,通过小波系数图的模极大值点准确找到结构动力学信号的奇异点。细菌觅食算法是近年来兴起的一种群体进化算法,具有快速收敛和全局寻优的能力。本文将小波和细菌觅食算法的优势进行结合,提出了一种基于小波-细菌觅食算法的结构损伤识别方法。先对结构曲率模态进行连续小波变换确定损伤位置,再利用细菌觅食算法识别出结构损伤程度。本文基于小波-细菌觅食算法对斜拉桥结构进行损伤识别研究。建立含有损伤单元的斜拉桥有限元模型并提取出斜拉桥的曲率模态;再将曲率模态进行连续小波变换得到其小波系数图,利用图中的模极大值点找到损伤单元,完成第一阶段的损伤定位;然后在确定了损伤位置的基础上,利用结构频率和单元模态应变能构造出目标函数,通过细菌觅食算法进行迭代寻优,求出损伤单元的损伤程度。本文通过对算法趋化步骤中的翻转和步长进行改进,提出了细菌觅食优化算法。通对斜拉桥进行数值模拟分析,结果表明优化细菌觅食算法能准确地求解损伤程度并提高收敛速度和精度。因此,本文提出的小波-细菌觅食及其优化算法具有正确性和可行性,能为实际工程结构损伤识别提供参考。
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