黄 亮,何兆贤

(河北华信建筑工程有限公司 沧州分公司,河北 沧州 061001)

1989年,美国普度大学的Venkatasubramnian和chan[1]在世界上首次用BP神经网络对一结构体进行了损伤辨别,开创了将神经网络运用于损伤辨别的先河。接着很多学者纷纷跟进,对这个问题进行深入研究。

1 柔度对角曲率

根据Cawley和Pandey的假定[2],认为ΔM=0,即结构损伤前后质量不变,损伤前后忽略阻尼的变化,在质量归一情况下,用频率和振型就可算得柔度矩阵F。令dj代表损伤后柔度矩阵F中测点j的主对角元素,则其测点j的柔度对角曲率为DFCj=(dj+1-2dj+dj-1lj)2,(j=2,3,…,n-1),lj为对应相邻两侧点之间的距离,将各个测点的DFC值全部计算出来,得到一个向量,将其作为神经网络的输入。

2 以DFC为神经网络输入的简支梁损伤辨别

利用 ANSYS分析软件,对简支梁进行数值模拟,通过损伤单元的弹性模量折减来模拟其损伤状态,用模拟所得的振型和频率计算其对应的DFC值,作为神经网络的输入,用 MATLAB神经网络工具箱建立神经网络,用计算所得的柔度对角曲率输入值对其进行训练,用训练好的网络对未知损伤进行辨别。

3 数值算例

建立一简支梁有限元模型,结构采用三维梁单元 BEAM44来模拟,弹性模量EX=3.3×1010Pa,泊松比为e=0.2,密度dens=2600kg/m3。损伤单元通过弹性模量折减来模拟,即将损伤单元的弹性模量取的EX×(1-d)值,其中d为单元的损伤程度。数值模拟采用了一个经典简支梁模型,其长2.4 m,纵向等分成15个单元,每个单元长 0.16 m。截面宽 0.15 m,高 0.25 m,简支梁截面和单元划分如图1和图2所示。

图1 简支梁的截面

图2 简支梁的单元划分