一种基于ei和逐步累积法的传感器优化布设方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于EI和逐步累积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】。利用本发明的方法，MAC最大非对角元仅为EI法的五十分之一，逐步累积法的十分之一，且运行时间相对较短。因此，本发明解决了现有优化算法的不足。
【专利说明】一种基于El和逐步累积法的传感器优化布设方法
【技术领域】
[0001]本发明属于桥梁结构计算分析【技术领域】，涉及一种传感器优化布设方法，尤其是一种基于EI和逐步累积法的传感器优化布设方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于EI和逐步累积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。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0006]这种基于EI和逐步累积法的传感器优化布设方法，包括以下步骤:
[0007]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；
[0008]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；并得到剩余测点矩阵，形成候选添加测点集合；
[0009]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 ；
[0010]4)从步骤2)确定的候选添加测点集合中选择一个点添加到初始测点中，将第k个自由度添加到测量自由度中，求其模态向量阵的K (MAC] tJ) k矩阵，并计算其最大非对角元maxk ;其中k为自然数；
[0011]5)计算 f (k) =maxk-max 的值；
[0012]6)对所有候选测点重复步骤3)至步骤5)，得到数组f (i)，(i=l，…，m)，并将f(i) I (f (i)〈O)最小值对应的测点加入到已有测点中；其中m为自然数；
[0013]7)以添加了测点后的测点集合作为初始测点，再重复步骤4)~步骤6)，直到测点数目与传感器布置数目相同。
[0014]进一步的，利用EI法对模态向量矩阵进行优化，产生初始测点集合，然后通过逐步累积法选取测点，具体包括以下步骤:
[0015]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
[0016]2)利用Φ3计算得E矩阵；
【权利要求】
1.一种基于EI和逐步累积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；并得到剩余测点矩阵，形成候选添加测点集合； 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)从步骤2)确定的候选添加测点集合中选择一个点添加到初始测点中，将第k个自由度添加到测量自由度中，求其模态向量阵的K (MAC] tj)k矩阵，并计算其最大非对角元maxk ；其中k为自然数； 5)计算f (k) =maxk-max 的值； 6)对所有候选测点重复步骤3)至步骤5)，得到数组f(i)，(i=l，…，m)，并将|f (i) (f (i)〈O)最小值对应的测点加入到已有测点中；其中m为自然数； 7)以添加了测点后的测点集合作为初始测点，再重复步骤4)~步骤6)，直到测点数目与传感器布置数目相同。
2.根据权利要求1所述的基于EI和逐步累积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，然后通过逐步累积法选取测点，具体包括以下步骤: 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】G06F17/50GK103793579SQ201410072194
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】梁鹏, 王晓光, 李斌, 马旭明, 吴向男 申请人:长安大学