大型网状结构智能监控系统工程数据库设计

一、大型网架结构智能监测系统的工程数据库设计（论文文献综述）

张英坤^[1]（2020）在《基于WSN的西安奥体中心体育场健康监测系统研究及应用》文中进行了进一步梳理随着国民经济增长和科学技术进步,我国建筑业出现了迅猛发展。目前我国已经成为世界上摩天大楼最多的国家,各类超高、大跨的建筑物不断涌现,这些建筑物不但体量庞大,建筑造型别具一格,而且结构体系复杂。尤其是各地不断建造的大型体育场馆不仅是当地人民群众的体育运动中心,而且还是该城市的新地标建筑。这些大型体育场的上部结构（罩棚）多采用大跨空间钢结构形式,结构具有自身轻、承载性能和抗震性能优良的特点,但由于大跨空间结构复杂,主要结构杆件应力幅度变化大,对使用环境温度、湿度敏感性强,环境中腐蚀因子对结构长期安全性影响较大,另外大型体育场馆作为人流密集的公共建筑,使用安全是场馆管理的首要任务。为了保障人员和使用安全,实时掌握建筑物的安全状态,进行建筑物的健康监测具有重大现实意义。本文以西安奥体中心体育场为研究对象,对其建筑物的的建造—使用的全过程进行建筑结构的安全性能监测,以无线传感器网络为基础,建立了基于ZigBee技术和GPRS技术的无线监测系统,从而实现了监测数据的实时采集、无线远程传输及存储,同时开发基于B/S架构长期有效的健康监测信息管理系统,为用户实时掌握建筑物的健康状况提供可靠数据。主要研究内容如下:（1）在分析国内外健康监测技术的基础上,利用无线传感器技术和无线通信技术对奥体中心体育场健康监测系统的总体架构进行设计,然后根据确定的监测参数和数据传输方案,设计了无线远程健康监测数据采集系统,并完成无线监测节点的硬件设计、软件设计和组网调试,从而实现底层数据的实时监测和远程传输。（2）针对传感器网络覆盖问题,建立无线传感器网络覆盖优化模型,利用群智能算法对建立的模型进行模拟仿真。结果表明,人工鱼群算法在优化无线传感器网络覆盖方面优于社会粒子群算法,提高了传感器网络覆盖率,减少了监测区域覆盖重叠和盲区现象,从而实现网络资源的有效配置,延长了无线传感器网络的使用寿命。（3）建立基于SQL Server的健康监测数据库,实现监测数据的存储和管理,同时还开发基于B/S架构的健康监测信息管理平台,完成了监测数据的可视化显示。

张瑞莉^[2]（2020）在《空间网格结构健康监测系统传感器优化布置研究》文中认为大跨度空间网格结构健康监测系统中,传感器的优化布置问题是结构损伤识别、健康状态评估和后期维修加固决策与实施过程中的关键性问题,如何用有限数量的传感器在工程结构健康监测中实现最有效的配置,从而获得尽可能多的结构模态信息,成为人们日益关注的问题。因此,本文针对网架结构健康监测系统传感器优化布置中的自由度缩减、模态阶数选取、传感器数目确定和位置优化等一系列问题,进行了全面的探讨和研究。首先,考虑大型网架结构节点自由度众多,引入模型缩聚技术,删除结构上振动位移较小、对测量结果影响不大的副自由度,实现模型的简化。利用基于Fisher信息矩阵2-范数的方法选取了结构最合适的模态阶数。对于传感器数目的确定,首先使用QR分解的方法选择结构初始测点,然后采用基于MAC准则确定传感器最佳布置数目。提取相应模态计算参数,结合上述各方法利用MATLAB软件编制了传感器优化布置程序。其次,通过一个14×1×0.7m的网架结构,利用EI、MKE和MSE三种传统优化算法分别选择10阶、20阶模态信息对网架结构进行传感器优化布置计算,结果表明:不同方法得到的传感器布置结果都能较好的反映网架结构本身的模态特性,与ANSYS模态分析以及模型缩聚的结果相吻合。同时通过三种不同的评价准则对优化效果进行评价,结果表明:参与计算的模态阶数越多,得到的信息相对更全面,但随着模态阶数增多,可能会增加计算量,导致结果稳定性较差。观察各算法评价指标,MSE法和EI法效果相对更优。此外,通过智能优化算法-PSO算法,构造了基于MAC法适应度函数,对比分析选取不同模态阶数对测点优化布置结果的影响。通过观察测点自由度在网架上的分布情况以及计算得到的MAC非对角元素值大小,表明改进的PSO法具有算法简单高效、迭代收敛迅速、不易陷入局部最优解的特点。最后,通过与有限元模型相对应的网架结构模型,对本文所介绍的三种传统优化算法进行实验验证。提取网架的模态参数,将实验网架在力锤激励下获取的模态数据和有限元分析理论结果的动力特性进行对比。实验结果表明,各算法实测结构前几阶模态振型与ANSYS分析的振型非常接近,且频率相差值不大,验证了不同优化算法的可行性以及实验模型的可靠性。为空间网格结构健康监测中传感器布置方面提供重要参考价值。

刘峰^[3]（2019）在《青岛胶东国际机场健康监测系统设计与数据缺失修复数值模拟计算分析》文中认为大跨度空间结构建筑能代表一个国家的建筑水平,往往是一个城市的标志,具有重要的社会意义。但是由于结构在长期服役期间因为环境腐蚀,材料老化导致结构性能退化,存在着安全隐患。结构健康监测能消除结构的安全隐患,预测结构的性能变化,减少工程事故的发生以及因此造成的生命财产的损失。本文以青岛胶东国际机场航站楼重大重点工程为背景,对结构进行长期健康监测的研究,对建立的健康监测系统进行详细的介绍,并且提出基于布谷鸟搜索算法改进支持向量机的方法对后期监测缺失的数据进行处理,并且以深圳大运会主场馆钢屋盖结构健康监测的数据进行验证。具体研究内容如下:（1）论述了结构健康监测的重要性和必要性,介绍了国内外健康监测系统的发展现状及发展历史,指出了当前研究中存在的问题和不足,并且说明了数据缺失的研究对于安全评估的重要性,提出了几种修复方法,阐述了它们的基本原理和其优劣性。（2）详细介绍了本文的研究对象青岛胶东国际机场航站楼,并对其结构布置进行了详细说明。自主研发的健康监测系统是由传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理及控制系统、安全评估系统和安全预警系统组成,各子系统分工明确,又相互依存,共同对结构的杆件应力、结构的竖向位移、支座的水平位移和整体的振动进行长期健康监测,充分保证了结构的安全性。（3）根据机场提供的中国建筑西南设计研究院所做的3D3S航站楼钢网架模型,针对青岛胶东国际机场航站楼钢网架结构重新建立了Midas Gen有限元模型,介绍了模型的参数设置和荷载分布,分析了结构在承载能力极限状态下杆件的受力情况、位移和振型频率,将这两个软件的有限元分析结果进行对比,并以此为依据确定了最佳的测点布置方案。此外,开始监测的时候结构处于接近完工状态,需要确定结构的初始状态,运用逆向思维,将目前结构上的施加的荷载逐项减去,能得到结构的初始状态,通过分析,此方法具有较高的可靠性。（4）介绍了支持向量机算法、重要参数的意义、存在的问题和改进的思路,提出用布谷鸟搜索算法优化支持向量机的重要参数,并进行了详细说明,并将其运用到数据缺失的插补和重建,以深圳大运会主场馆钢屋盖结构健康监测的数据进行了验证,并与单测点线性回归、多测点线性回归和传统支持向量机回归的插补方法进行比较,结果表明:在小范围内的数据修复,布谷鸟改进支持向量机修复能力要优于线性回归和传统支持向量机回归的修复能力,该方法能大大降低数据修复时的工作量和计算量,并且保证了重建数据的精确度,满足评价指标和工程精度的要求。

唐腾^[4]（2019）在《大跨度索膜-钢桁架结构全过程安全控制研究》文中提出本文以岳阳三荷机场航站楼为工程背景,重点研究了大跨索膜-钢桁架的结构找形、风振响应、关键构件的识别和监测等安全控制技术。主要工作包括以下几个方面:（1）介绍了索膜结构找形法和利用有限元软件ANSYS找形的基本方法和步骤。通过采取有限单元离散、分步法及ANSYS APDL语言的参数化应用,并考虑支承结构的影响,得到了该索膜结构的初始形态模型,为随后的风载荷响应分析奠定了基础。（2）通过缩尺比为1:100的刚性模型风洞测压试验,对这种大跨度脊谷式索膜屋盖表面的风荷载特性分布规律进行研究。通过刚性模型测压试验以及风致响应分析,指出设计时应加强角区部分,避免该区域在不利风向角作用下出现风载过大,局部破坏的情况。并给出屋盖分区的体型系数的建议值,还得到了最不利等效风荷载及风致响应出现的具体风向角。同时研究表明,随着脊谷式索膜结构跨度的增大,角部区域的风压系数将显着大于规范中的风压系数取值。（3）针对大跨度空间结构倒塌破坏极限状态的变形限值相关规范无明确规定的现状,建议了大跨索膜-钢桁架结构的倒塌变形限值,并以此为依据对该结构进行了抗连续倒塌分析。采用敏感性分析方法确定了大跨度索膜-钢桁架结构中的关键构件,并利用考虑初始状态的等效瞬时加载法进行了结构抗连续倒塌能力分析。基于重要性系数,确定出索系统中的两侧背索和下悬索为结构关键构件;桁架梁的跨中下弦杆与桅杆失效后,会引发结构响应较大变化,可确定其为关键构件。这可为施工与后续运营期间对重点构件或区域进行监测以及为类似大跨度空间结构抗连续倒塌设计提供参考。（4）根据抗连续倒塌方面研究确定的关键构件、薄弱部位以及局部结构破坏的连锁反应特性,对钢结构安装施工过程、上下悬索张拉过程、内膜施工安装过程中的索力、构件的应力以及变形进行了有效监测,实现了索膜结构施工全过程安全控制。分析结果表明各个施工阶段的理论计算索力与设计索力基本吻合,其最大差值为-56kN,占百分比为-1.386%;高桅杆竖向累计最大位移为26mm,低桅杆竖向累计最大位移25mm。所有工况的现场实测数据与理论结果对比分析,数值均在合理范围之内,结构的承载能力和安全性能均能满足设计要求。（5）针对岳阳机场航站楼索膜结构,建立了相应有限元模型,分析了结构在各种荷载工况下的静、动力响应;其次,基于有限元分析结果对监测系统需求及整体架构进行了研究,并对结构健康监测系统的具体实施方案进行了设计,提供了一套涵盖结构及荷载感知、采集、传输、存储、处理、分析及评估预警在内的完整解决方案。提出的健康监测系统架构成功地应用于岳阳机场航站楼监测中,创新地实现了对光栅光纤及速度传感器信号的同步采集。该结构健康监测系统的成功实施和运行将为确保结构的正常安全服役,以及航站楼二期工程的顺利开展提供保证和依据。（6）结合索力监测数据,提出了一种考虑索力不确定性的大跨索膜-钢桁架结构可靠性评估模型构建方法,分析了重要构件对结构可靠性的影响规律。探讨了施工过程中节点偏差、索力不确定性等对结构安全性能的影响。建立了考虑施工偏差的有限元模型,对不考虑与考虑施工偏差的结构模型进行了极限承载能力比较分析,两种情况下极限承载力因子分别为2.22和2.70;采用多响应面法计算了该结构考虑索力不确定性的可靠指标为6.76,处于较高的安全水平;可靠度分析表明索力不确定性对结构可靠性影响较大,其中上弦索索力、陆侧背索索力的不确定性对可靠性的影响最大,在施工和运营阶段应特别注意。

熊帅^[5]（2019）在《基于BIM平台的大跨度空间钢结构健康监测系统集成方法研究》文中指出高铁客站站房、站台雨棚多采用大型化、复杂化的大跨度空间钢结构形式,造成了监测系统复杂、监测数据海量等问题。如何对海量监测数据进行充分利用并及时准确地交互、解析及显示,已成为亟待解决的问题。本文针对大跨度空间钢结构结构特点以及BIM技术在信息集成化、三维可视化等方面的优势,提出基于BIM平台的大跨度空间钢结构健康监测系统的集成方法。在此基础上,分别针对监测信息数据库集成、监测信息可视化、BIM模型与有限元模型信息交互和监测数据解析四个方面开发健康监测功能模块,具体开展以下工作:（1）以海口东站大跨度空间钢结构为实际工程背景,利用SAP2000分析了共83个工况下该结构的静力和动力特征,研究并建立了一套该结构的健康监测系统。此外,以理论最不利工况响应值及设计规范限值作为预警阈值的设立依据,提出了根据杆件类型进行预警的方法。（2）建立针对大跨度空间钢结构的数据库系统,将数据库监测信息与BIM模型集成,利用RevitAPI对监测信息可视化各功能模块进行开发,分别为传感器测点查询、监测数据查询、监测曲线显示、实时自动预警和后台管理模块。（3）利用SAP2000API和RevitAPI对有限元软件与BIM软件数据交互功能进行开发,结合集成化的监测信息数据库对结构进行有限元实时分析;此外,为解决上述功能通用性不强的问题,开发BIM模型与SAP2000结构模型转换接口并基于海口东站项目验证该转换接口的可行性与准确性,实现BIM模型杆件与结构分析模型杆件之间的自动映射。（4）以港珠澳大桥珠海公路口岸钢网架屋盖结构的温度、应变实测数据为实际工程背景进行监测数据解析研究,利用BP神经网络模拟杆件温度和应变变化的非线性关系从而实现大跨度空间钢结构温度效应预测和风荷载识别。最后利用Matlab接口,开发基于BIM平台的神经网络程序,提供自定义神经网络训练操作界面,可用于大风环境下重点待检测杆件的确定,指导监测人员对结构进行检修。

熊泉祥^[6]（2018）在《空间结构健康监测系统研究与可视化实现》文中认为随着经济的发展和科学技术的进步,大跨度空间结构的建造日渐增多,结构形式日渐复杂,规模日渐庞大。大跨度空间结构的建造是一个国家建筑科技水平的重要衡量标准,也是现代文明的需要,被广泛应用于体育场馆、机场候机楼、会展中心等重要标志性建筑中。另一方面由于材料老化、地基不均匀沉降以及在强震和台风等极端外荷载作用下,这些结构不可避免会产生一定的损伤累计破坏,极端情况造成严重的财产损失和人员伤亡。因此对大跨空间结构进行健康监测,不仅具有学术价值,更具有重要的现实意义。结构健康监测系统主要通过传感器系统进行数据采集,并对采集到的数据进行诊断,判断损伤发生与否、损伤位置、损伤程度,并对结构进行健康状况评估。本文基于AutoCAD平台,利用VBA二次开发工具和MATLAB与VBA混合编程以及Wndows API等技术,集成开发了一个健康监测系统,并以四角锥网架、凯威特型单层球面网壳以及某体育馆实际健康监测项目模型为例,验证了健康监测系统的实用性、稳定性、可操作性。介绍了传感器优化布置方法及传感器优化布置准则。研究利用粒子群算法,对传感器位置进行优化布置,具有收敛速度快、搜索效率高的优点,以期得到一种更加适合于空间结构的传感器优化布置方法。介绍了粒子群算法的基本原理、适应度函数的选取以及可视化实现的关键技术。其中可视化关键技术介绍了三部分内容:基于AutoCAD平台的VBA二次开发工具、VBA与MATLAB混合编程技术、Windows API在VBA编程中的应用。介绍了空间健康监测系统主体设计,包括:系统界面设计与开发、结构模型显示模块、传感器优化布置模块、健康监测信息模块。对健康监测系统菜单设计、界面开发的主要步骤、系统帮助文件进行了详细的介绍。对健康监测系统的每个模块的实现及功能进行了详细的介绍,以期得到界面友好、使用方便、运行稳定、扩展性好的健康监测系统软件。分别以四角锥网架、凯威特型单层球面网壳以及某体育馆实际健康监测项目模型为例,验证健康监测系统的有效性。结果表明:1)健康监测系统界面友好、使用方便、运行稳定、扩展性好,具有工程实用价值。用户可以通过鼠标完成大部分流程,直接使用健康监测系统学习和应用。2)基于AutoCAD平台的VBA工具开发的工具箱,将计算的结果可视化,更加直观、形象的在AutoCAD模型中呈现出来,可以让用户交互和动态的观察结构模型、传感器优化布置、健康监测信息。一方面保持AutoCAD强大的绘图的功能、良好的用户界面;另一方面又保持了它的可操作性。3)基于智能粒子群算法的传感器优化布置结果稳定可靠、收敛迅速。4)采用VBA与MATLAB混合编程技术,大大提高应用程序的内存管理及运行速度,为快速高效地对程序计算开辟了道路。5)最优应变传感器及加速度传感器的布置位置具有对称性和明显的继承性。6)从体育馆健康监测信息模块中可以看出,屋面板安装完毕后,钢结构杆件的最大应力在合理设计范围之内,达到预期设计目标。7)体育馆最大沉降量发生在中心节点处,也即整体主桁架的挠度值为52mm,实际发生的挠度值远小于容许挠度值,结构刚度储备丰富,达到了设计的预期值。8)在健康监测信息模块中,对模型中传感器类型、传感器位置、传感器个数等进行设置,能将传感器位置在模型中显示。读取体院馆结构传感器实际监测的数据,将其在CAD中用Excel显示监测数据,并将读取的监测数据用图像的形式展现给用户,使用户能够直观形象的观察、分析数据结果。实现了大型结构监测系统可视化,改善了目前监测信息不够直观,表现贫乏、单一,交互性功能差,缺乏智能自动化处理等问题,具有实用价值。

陈涛^[7]（2015）在《基于埋入式光纤传感器的固体火箭发动机健康监测系统》文中研究表明结构健康监测技术是通过探测结构主体在超负荷状态前后的响应变化或者通过对结构主体长期的数据监测,来实现对工程结构健康状况信息的读取,同时将测得的信号进行量化和评估,进一步判断主体结构性能的变化状况,为管理者或者智能系统提供结构健康的评判依据。目前,结构健康监测技术正处于蓬勃发展的时期。由于结构健康监测技术能够经济且有效地解决大型结构以及现代化设备的实时健康监测问题,能够有效避免突然的结构变化带来的重大事故和生命财产损失,有些文献把结构健康监测描述成能够用最少的人力、物力、财力来实时自动监测和观察结构健康状况的最优方案。由于结构健康监测技术的有效性和经济性,近些年结构健康监测技术得到越来越多的学者和政府机关的关注。固体火箭发动机的火药柱是由火药和粘合剂分层浇铸而成。由于复合材料的工艺稳定性相对较差,这些复合材料的粘合剂在生产、存储和运输过程中容易出现夹杂、孔隙、裂纹等缺陷和损伤。本论文利用屈服应变较大的聚合物光纤设计了一台能用于固体火箭发动机假药试件应变监测的便携式仪器。虽然目前有很多种能够用于应变监测的传感器,例如电阻应变片、光纤光栅应变传感器以及其它的一些应变传感器,但是这些传感器几乎都不能用于固体火箭发动机火药层间的应变监测,其原因有两个:一个是现有的应变传感器一般会有电流引入,火药层属于易燃易爆的危险品,不能有电流的引入;另外一个是现有传感器基底材料的应变范围限制了其应变测试范围。通过测试发现火药层间的破坏应变可以达到24.6%。为了解决这种易燃材料大应变测试的难题,本论文将聚合物光纤拉伸过程中的轴向应变转化为弯曲角度的变化去设计对应的大应变传感器。论文首先通过理论计算的方法研究了聚合物光纤的弯曲损耗单调性,通过计算发现在小半径弯曲时,聚合物光纤具有很好的弯曲灵敏度和弯曲单调性。但是在实验测试中却发现聚合物光纤在小半径弯曲时诱导了光纤的回音壁模式（Whispering gallery modes,WGMs）。弯曲过程中,当WGMs和纤芯模满足耦合条件时,两者之间会产生相互耦合而导致聚合物光纤的弯曲损耗呈现出振荡现象。通过对聚合物光纤WGMs产生机理研究发现,用刀片切除部分纤芯和包层的方法可以消除聚合物光纤的弯曲损耗振荡现象。然后利用处理过的聚合物光纤的弯曲损耗单调性设计了损耗随着弯曲角度变化的聚合物光纤大应变传感器,并且在论文中研究了这个聚合物光纤传感器的相关性能。同时,根据聚合物光纤大应变传感器的特性设计出了配套的测试系统,测试系统能够在-25℃到45℃范围内不受外界温度及其它环境因素的影响而保持较好的稳定性。通过对测试样品的拉伸应变测试发现论文设计的聚合物光纤大应变测试系统能够有效监测假药试件在拉伸过程中的应变变化、裂纹出现过程以及断裂过程。

胡珊^[8]（2012）在《屋顶网架结构健康监测系统的设计与研究》文中进行了进一步梳理网架结构多为公共设施,同时也是城市的标志性建筑,关系到国计民生。然而随着服役时间的增加,自身负载和环境作用,在某些情况下会发生突发性安全事故。因此,对网架结构的健康状态进行长期的健康监测至关重要。而目前对于屋顶大型网架结构健康监测系统的研究方面,系统整体经济性、准确性、可靠性可以进一步的提高。为此研究具有长期性、实时性、经济性的屋顶网架结构健康监测系统,具有重大的理论意义和工程应用价值。本文以武汉某游泳馆为研究对象,结合某企业合作项目根据该游泳馆的结构特点及监测系统的要求,对屋顶网架结构健康监测系统进行总体设计和功能实现,对采集的数据进行分析和处理,主要研究内容如下。结合现有健康监测技术,分别从硬件和软件两个方面,研究屋顶网架结构健康监测系统的总体设计,整个系统分为传感器系统,应变采集系统,无线传输系统和监控中心系统。首先通过ANSYS有限元分析和结构体系可靠性理论确定了屋顶网架结构的关键杆,根据实际情况,选取准确、经济和适用的硬件设备,主要包括传感器、应变采集设备和无线传输设备。下位机以Visual Basic为平台,对现场的各类物理信号利用多测点静态应变测试系统和无线传感的方式采集数据,并将其存入SQL数据库中。上位机以Lab Windows/CVI作为软件开发平台,详细设计了基于虚拟仪器的健康监测界面,对网架结构施工前和服役后进行健康监测,实现结构状态的曲线显示、历史查询和报警等功能。最后,进行系统数据采集后数据的分析,采用的主要滤波方法为数字滤波技术,根据数字滤波器的设计原理,设计Butterworth低通滤波器,并在工程中应用。该屋顶网架结构健康监测系统的很好的实现了现场数据的采集和监控,具有准确性、实时性、经济性。目前,该监测系统已经成功投入使用,功能和性能都达到了令人满意的效果。

卢伟^[9]（2010）在《基于现场总线的大跨空间结构健康监测系统研究》文中认为由于大跨空间结构多具有体型复杂,结构形式新颖等特点,其施工和运营阶段的安全性备受关注。结构健康监测系统是通过布置在结构上的各种类型传感器实测的结构响应信息,分析得到结构施工和运营阶段的工作状态,为结构施工和运营阶段安全提供预警及保证的作用。随着结构健康监测系统在实际工程中的应用,传感器的选型及优化布置、数据采集与处理、结构健康诊断方法、系统搭建等方面得到不断的研究和完善。本文在已实施的大跨空间结构健康监测系统的基础上,着重讨论了基于现场总线的大跨空间结构健康监测系统,分别从系统的构成及其可靠性、结构整体信息的获取、传感器优化布置、传感器失效故障诊断、结构损伤程度识别等方面展开研究。首先,在已实施大跨空间结构健康监测系统的基础上,基于分散控制和现场总线理论,研究基于现场总线的大跨空间结构健康监测系统理论框架。基于现场总线的结构健康监测系统是集中式结构健康监测系统的升级版本,具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、系统安全、维护成本低等优越性,使结构健康监测系统的搭建具有适应性、扩展性、模块化等特点,可为结构健康监测系统的搭建提供更为方便、灵活、统一的方法。本文根据现场总线的优越性及已实施结构健康监测系统的构成给出了基于现场总线的结构健康监测系统的组成部分与构成形式,根据传感器子系统和基本控制单元的故障率及它们的连接形式讨论了结构健康监测系统的可靠性,并以深圳万科中心结构健康监测系统为例,说明了基于现场总线的万科中心结构健康监测系统的几种搭建方式,通过对这几种结构健康监测系统的可靠性分析,论证了基于现场总线式的结构健康监测系统的可靠性高于集中式的结构健康监测系统,并且系统的可靠性随着分散程度的提高而提高。其次,以结构应变测量值为基础,提出基于应变测量值的结构健康监测方法。该方法以较少的应变测量值获取结构整体的应力分布为目标,根据按不同区域划分的子结构的相似性,对结构各子结构布置不同数目的应变传感器,通过校正基准子结构的应力分布而获取结构整体的应力分布,实现基于应变测量值的结构整体信息获取。本文运用主成分分析方法和系统聚类法对最优传感器布置杆件和在杆件上的布置点进行了选择,运用引入延拓概念的拟合方法对子结构的应力分布进行获取,并通过校正子结构应力分布的方法对其它子结构的应力分布进行获取,从而获取结构整体的应力分布。以深圳市福田交通枢纽中心钢结构为例,运用该方法进行了应变传感器的布置,对基准子结构应力分布和结构整体应力分布进行获取,通过有限元模型输出的理论值与预测值的对比,说明该方法对于相似性越高的子结构,其应力分布获取结果的误差越小。再次,基于数据融合技术,提出加速度传感器优化布置方法与加速度传感器失效故障诊断方法。该方法为结构健康监测系统有效和可靠运行提供了前提保证,同时为基于现场总线的结构健康监测系统的前端智能设备的实现提供了理论基础。运用一致性数据融合方法,以距离测度作为数据融合的融合度,通过对距离测度矩阵、支持度矩阵及综合支持度的计算,给出最终的融合结果。加速度传感器的优化布置是以模态参数识别的最优信息为目标,构造理论目标测量值,通过实测目标测量值与理论目标测量值的综合支持度计算,对初步选定的加速度传感器进行局部优化。加速度传感器的失效故障诊断是综合硬件冗余和时序冗余的原理,构造监测同一目标的不同时段的加速度传感器的频域能量分布矩阵,通过对其进行综合支持度的计算,识别失效故障的加速度传感器,并通过融合算法补偿该加速度传感器频域能量分布,以用于其它正常工作加速度传感器的失效故障诊断。以一网架有限元模型和国家游泳中心钢膜结构健康监测系统实测的加速度时程数据分别验证了加速度传感器优化布置和失效故障诊断方法的有效性和可行性。最后,以应变传感器和加速度传感器的测量值为基础,提出一种基于多类型传感器测量值的结构损伤程度识别方法。该方法充分利用了两种不同特性的传感器测量值,一种是反映结构局部特性的,一种是反映结构整体特性的,从不同角度对结构损伤程度进行识别,并提高信息的完整性,为结构损伤识别提供了更多的已知数据。本文给出两种基于多类型传感器测量值的结构损伤程度方法,第一种是根据应变传感器和加速度传感器的测量值对结构损伤程度识别效果的高低,运用D-S证据理论方法对这两种识别方法的识别结果进行权值分配,给出损伤程度综合识别结果;第二种是运用神经网络方法,直接将由应变传感器和加速度传感器测量值提取的损伤指标共同作为输入向量,通过最优神经网络结构的选择,得到损伤程度识别结果。通过国家游泳中心钢膜结构的损伤程度的识别,说明本文提出的基于应变传感器和加速度传感器测量值的结构损伤程度方法可以有效综合这两种类型传感器的测量值实现结构损伤程度识别。

刘伟^[10]（2009）在《空间网格结构健康监测系统关键技术研究》文中研究指明空间网格结构是一种由杆单元和梁柱单元集成的空间三维结构体系,具有受力合理、刚度大、自重轻、抗震性能好、工期短、造价低等优点,尤其能够满足建筑造型丰富、功能齐全等要求,被广泛用于大跨度工业与民用建筑及公共建筑领域,成为反映一个国家建筑科学技术水平的标志。由于环境荷载作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等灾害因素影响,空间网格结构容易产生损伤累积和抗力衰减,甚至会发生破坏乃至倒塌的灾难性事故。因此,对大跨度空间网格结构在使用期间的健康监测以及各种灾害影响下的损伤识别进行研究,开发适合于大跨度空间网格结构的健康监测系统,具有重大的理论价值和现实意义。本文结合结构健康监测领域国内外发展现状,对空间网格结构健康监测系统关键技术进行了深入系统的理论研究,包括环境激励下模态参数识别理论、传感器优化布置理论、有限元模型修正理论、空间网格结构损伤识别理论,分别通过了数值仿真验证、实验室模型试验验证和实际工程现场实测验证,最终开发了一套功能强大的空间网格结构健康监测系统。对环境激励下结构模态参数识别理论进行了系统的研究,分别提出了环境激励下低阶时域模态参数识别方法的统一理论和环境激励下高阶模态参数识别方法的统一理论,揭示了不同方法之间的本质联系和不同点,完善了结构模态参数识别的系统化理论。比较了四种适合于环境激励下空间网格结构模态参数识别的方法,指出了它们优缺点及适用范围,验证了两类模态参数识别方法统一理论的合理性和有效性。针对目前传感器优化布置算法应用于空间网格结构的局限性,提出了一种基于改进遗传算法的传感器优化布置方法,以模态变形能和模态置信准则为适应度函数,提出十进制二维数组编码方式以提高数据存储量,为避免相同位置重复布置传感器引入强制变异算子,利用Guyan扩充振型与有限元计算振型均方误差大小评价传感器布置方案优劣,比较了不同测点工况下数据驱动随机子空间算法识别出的结构模态参数,指出了识别结构前若干阶模态所需的最少传感器数目。研究了结构健康监测领域常用的二种传感器优化布置方法,从数学的角度推导了模态动能法与有效独立法的理论相似性,指出了二者在具体应用中的不同之处,促进了传感器优化布置理论的统一化发展。从多自由度系统频响函数矩阵的模态展开式出发,推导了平均位移幅值、平均速度幅值和平均加速度幅值公式,在有效独立法的基础上提出了有效独立-平均加速度幅值法和有效独立-模态动能法,与有效独立法、模态动能法、有效独立驱动点残差法进行了比较研究,验证了两种方法的优越性。针对空间网格结构特点,提出了能够定量评估结构损伤程度的模态应变能损伤识别理论,采用非负最小二乘法求解超静定方程组,实现定量评估损伤程度,即保持了刚度矩阵的稀疏性,又不含除阻尼的任何近似和假设。讨论了测试信息完备和测试信息不完备两种情况下该方法对空间网格结构损伤的识别能力,并与基于最小秩摄动理论的损伤程度评估结果进行了比较研究,验证了方法的有效性。考虑空间网格结构杆件数目远大于节点数目的实际情况,提出了面向节点的基于三层BP神经网络的多阶段损伤识别方法,将标准化固有频率变化率和振型向量变化量范数作为神经网络输入参数,根据各个节点输出的损伤值来判定结构损伤位置和损伤程度,以一平面桁架结构仿真算例验证了方法的合理性。针对钢筋混凝土空间网格结构,提出了直接利用损伤结构模态信息即可进行损伤识别的曲率模态曲面拟合方法,通过曲率模态与曲面拟合值的差异进行损伤定位,研究表明其适合于钢筋混凝土空间网格结构的在线健康监测。设计制作了一空间桁架结构试验模型,对其进行较为充分的静力试验、动力试验和损伤识别试验研究。提出了联合静动力数据的有限元模型修正方法,对初始有限元模型进行了修正,获得了基准模型。按本文提出的方法进行了传感器优化布置和模态参数识别,通过杆端螺栓节点连接失效和节点附加质量来模拟结构杆件和节点损伤,研究结果验证了前文损伤定位方法对空间网格结构损伤识别的有效性。探讨了将该试验模型作为空间网格结构Benchmark标准验证模型的可行性,为不同研究者验证空间网格结构健康监测关键技术提供了统一标准模型。以空间网格结构为对象,系统研究了结构健康监测系统的基本组成和监测内容,开发了基于LabVIEW的数据采集系统和基于Matlab的结构模态分析与损伤识别系统（SMADIS 1.0）,实现了动态数据采集及预处理、环境激励下结构模态参数识别、模型匹配和模型修正、损伤定位及程度评估等功能,研究表明基于LabVIEW和Matlab二者结合的软件开发模式值得在结构健康监测领域推广。对一空间管桁架游泳馆屋盖结构进行了现场检测研究,提出了全面系统的检测方案,对其进行了整体结构检测、常规静力检测和环境振动试验,并进行静力核算。依据现场实测结构尺寸、荷载和边界条件建立了三维有限元模型,进行了有限元模态分析。对比了四种适合于空间网格结构的环境激励下结构模态参数识别方法,对该结构的安全状态和工作性能进行了全方位评估,提出了加固改造维修方案,给出了相关结论。

二、大型网架结构智能监测系统的工程数据库设计（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、大型网架结构智能监测系统的工程数据库设计（论文提纲范文）

（1）基于WSN的西安奥体中心体育场健康监测系统研究及应用（论文提纲范文）

（2）空间网格结构健康监测系统传感器优化布置研究（论文提纲范文）

（3）青岛胶东国际机场健康监测系统设计与数据缺失修复数值模拟计算分析（论文提纲范文）

（4）大跨度索膜-钢桁架结构全过程安全控制研究（论文提纲范文）

（5）基于BIM平台的大跨度空间钢结构健康监测系统集成方法研究（论文提纲范文）

（6）空间结构健康监测系统研究与可视化实现（论文提纲范文）

（7）基于埋入式光纤传感器的固体火箭发动机健康监测系统（论文提纲范文）

（8）屋顶网架结构健康监测系统的设计与研究（论文提纲范文）

（9）基于现场总线的大跨空间结构健康监测系统研究（论文提纲范文）

（10）空间网格结构健康监测系统关键技术研究（论文提纲范文）

四、大型网架结构智能监测系统的工程数据库设计（论文参考文献）

• [1]基于WSN的西安奥体中心体育场健康监测系统研究及应用[D]. 张英坤. 西安建筑科技大学, 2020(01)
• [2]空间网格结构健康监测系统传感器优化布置研究[D]. 张瑞莉. 南昌大学, 2020(01)
• [3]青岛胶东国际机场健康监测系统设计与数据缺失修复数值模拟计算分析[D]. 刘峰. 青岛理工大学, 2019(02)
• [4]大跨度索膜-钢桁架结构全过程安全控制研究[D]. 唐腾. 长沙理工大学, 2019(06)
• [5]基于BIM平台的大跨度空间钢结构健康监测系统集成方法研究[D]. 熊帅. 华南理工大学, 2019(01)
• [6]空间结构健康监测系统研究与可视化实现[D]. 熊泉祥. 青岛理工大学, 2018(05)
• [7]基于埋入式光纤传感器的固体火箭发动机健康监测系统[D]. 陈涛. 湖南大学, 2015(02)
• [8]屋顶网架结构健康监测系统的设计与研究[D]. 胡珊. 武汉理工大学, 2012(10)
• [9]基于现场总线的大跨空间结构健康监测系统研究[D]. 卢伟. 哈尔滨工业大学, 2010(04)
• [10]空间网格结构健康监测系统关键技术研究[D]. 刘伟. 哈尔滨工业大学, 2009(11)