基于一维卷积神经网络的结构损伤识别 被引量：13

1

作者 骆勇鹏 王林堃 +1 位作者 廖飞宇 刘景良 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2021年第4期145-156,共12页

传统结构损伤识别需对采集数据进行分析,提取相应特征进行损伤诊断。特征提取过程需消耗大量的计算成本,无法满足结构健康监测在线损伤识别的需求。为提高损伤识别的计算效率和自动化程度,提出基于一维卷积神经网络的结构损伤识别方法,... 传统结构损伤识别需对采集数据进行分析,提取相应特征进行损伤诊断。特征提取过程需消耗大量的计算成本,无法满足结构健康监测在线损伤识别的需求。为提高损伤识别的计算效率和自动化程度,提出基于一维卷积神经网络的结构损伤识别方法,其特点是可以直接从原始振动信号中自主学习损伤特征,并准确快速地识别结构的损伤位置和损伤程度。采用简支梁数值模型和IABMAS BHM Benchmark数值模型验证所提方法的有效性。数值结果表明:所建立的一维卷积神经网络模型能够准确识别结构的损伤位置和损伤程度,具备一定的抗噪性能,整体模型收敛快,对单条样本测试延迟低。设计了钢框架结构损伤识别试验,采用所提方法对框架结构的损伤情况进行了识别。分析结果表明:所提方法可准确识别结构损伤程度及损伤类别,测试集准确率为100%,验证了方法在实际结构损伤识别的应用可行性。 展开更多

关键词 结构健康监测 损伤识别 振动响应 深度学习 一维卷积神经网络

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利用单传感器数据基于GAF-CNN的结构损伤识别 被引量：9

2

作者 骆勇鹏 王林堃 +3 位作者 郭旭 郑金铃 廖飞宇 刘景良 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期169-176,202,203,共10页

为了减少损伤识别所需传感器数量,降低监测系统造价及海量数据的处理成本,提出了基于单传感器数据结合格拉姆角场(Gramian angular field,简称GAF)和卷积神经网络(convolutional neural networks,简称CNN)的结构损伤识别方法。采用GAF... 为了减少损伤识别所需传感器数量,降低监测系统造价及海量数据的处理成本,提出了基于单传感器数据结合格拉姆角场(Gramian angular field,简称GAF)和卷积神经网络(convolutional neural networks,简称CNN)的结构损伤识别方法。采用GAF理论将原始振动信号分别转换为格拉姆角和场(Gramian angular summationfield,简称GASF)和格拉姆角差场(Gramian angular difference field,简称GADF)二维图像,以转换后的GASF和GADF两类图像数据集为输入,基于LeNet⁃5结构下的浅层卷积神经网络模型,训练最优二维CNN模型用于结构损伤识别。以国际桥梁维护和安全协会提出的结构健康监测基准模型结构及一榀钢框架结构为例,研究振动信号转化为二维图像算法、卷积神经网络模型参数、传感器布置位置及测量噪声对识别结果的影响。结果表明:所提算法仅需单个传感器数据即可实现损伤识别的目的,数值模拟及模型试验的损伤识别准确率均为100%,单条样本测试时间为8.5 ms左右,满足结构健康监测在线损伤识别的需求,且受传感器布置位置和噪声程度影响较小;GADF图较GASF图收敛效率更高,震荡幅度更小,受局部最优值影响较小,在样本数量规模一致的状态下,更易训练生成最优二维CNN模型。 展开更多

关键词 结构健康监测 损伤识别 振动响应 深度学习 卷积神经网络 传感器

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界面剥离钢-混凝土组合结构应力波传播谱元法模拟研究 被引量：8

3

作者 栾乐乐 许斌 陈洪兵 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期145-152,共8页

建立钢-混凝土组合结构截面二维谱元法模型,针对钢-混凝土界面完好以及存在界面剥离时模型在单点激励下弹性应力波场进行模拟分析,探究弹性应力波的传播规律。采用去除混凝土单元的方法反映组合结构中钢板与混凝土之间的界面剥离。通过... 建立钢-混凝土组合结构截面二维谱元法模型,针对钢-混凝土界面完好以及存在界面剥离时模型在单点激励下弹性应力波场进行模拟分析,探究弹性应力波的传播规律。采用去除混凝土单元的方法反映组合结构中钢板与混凝土之间的界面剥离。通过对比分析表明界面剥离的存在对弹性应力波场以及模型上不同位置的位移响应产生影响。通过改变界面剥离程度,得到测点位移的变化规律。通过模拟,谱元法可以有效模拟钢-混凝土组合结构中弹性波的传播规律,为研究基于应力波测量的钢-混凝土组合结构界面缺陷检测机理提供帮助。 展开更多

关键词 组合结构 缺陷检测 应力波法 谱元法 界面剥离

原文传递

组合结构空洞缺陷检测压电阻抗数值模拟研究 被引量：7

4

作者 温家宇 许斌 王海东 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期276-279,共4页

钢管混凝土等组合结构在超高层建筑中的应用日益广泛,其核心混凝土的空洞缺陷会严重影响构件的力学性能。该文利用数值模拟法对基于压电阻抗的核心混凝土空洞缺陷检测技术的作用机理进行了深入研究。通过对比有、无缺陷区域的阻抗计算结... 钢管混凝土等组合结构在超高层建筑中的应用日益广泛,其核心混凝土的空洞缺陷会严重影响构件的力学性能。该文利用数值模拟法对基于压电阻抗的核心混凝土空洞缺陷检测技术的作用机理进行了深入研究。通过对比有、无缺陷区域的阻抗计算结果,分析判定缺陷位置,并定义偏差均方根损伤指标来评估测点位置的损伤程度。结果表明,核心混凝土空洞缺陷的存在会导致相应位置的嵌入式压电传感器阻抗频率曲线产生显著变化,所定义的损伤指标可有效识别核心混凝土的空洞缺陷,数值模拟法成功验证了基于压电阻抗法的核心混凝土空洞缺陷检测技术的有效性。 展开更多

关键词 压电陶瓷 压电阻抗法 钢管混凝土结构 空洞缺陷检测 数值模拟 缺陷评价指标

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未知地震激励下结构恢复力及质量非参数化识别 被引量：6

5

作者 许斌 李靖 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第9期180-187,共8页

地震作用过程中结构恢复力是描述结构损伤发生发展过程定量描述的基础,更有助于描述结构在地震中破坏模式的演化。该文研究地震激励下结构部分质量及动力响应信息未知时,结构非线性恢复力、质量以及未知加速度时程的非参数化识别方法。... 地震作用过程中结构恢复力是描述结构损伤发生发展过程定量描述的基础,更有助于描述结构在地震中破坏模式的演化。该文研究地震激励下结构部分质量及动力响应信息未知时,结构非线性恢复力、质量以及未知加速度时程的非参数化识别方法。首先,根据部分已知动力响应测量和质量信息,识别地震加速度时程。随后,利用记忆衰退全局加权迭代扩展卡尔曼滤波算法,引入幂级数多项式表征结构恢复力,实现了结构质量与非线性恢复力的非参数化识别。将具有非线性恢复力的磁流变阻尼器中引入到一个剪切型多自由度结构构成非线性系统,考虑测量噪声的影响,通过数值模拟验证了在噪声及较大质量初始误差情况下该方法识别结构质量、非线性恢复力及地震动加速度时程的识别效果。 展开更多

关键词 非线性恢复力 地震激励 质量 记忆衰退全局迭代扩展卡尔曼滤波 幂级数多项式 非参数化识别

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强噪声小样本条件下基于图卷积神经网络的结构损伤识别

6

作者 李行 骆勇鹏 +2 位作者 郭旭 廖飞宇 鲁四平 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2024年第3期52-60,共9页

基于深度学习的结构损伤识别主要通过捕捉数据特征及内部规律来实现。训练样本不足、噪声干扰均可能导致有效特征及内部规律的挖掘失败。从数据中尽可能挖掘更多的信息用于识别损伤尤为重要。文中提出了基于图卷积神经网络的结构损伤识... 基于深度学习的结构损伤识别主要通过捕捉数据特征及内部规律来实现。训练样本不足、噪声干扰均可能导致有效特征及内部规律的挖掘失败。从数据中尽可能挖掘更多的信息用于识别损伤尤为重要。文中提出了基于图卷积神经网络的结构损伤识别方法。首先,为了能够提取更多特征,即同时考虑不同位置传感器之间的相关性和各个传感器数据的自身特性,通过图构造方法将一维振动数据转换为图数据。然后采用图卷积神经网络提取图样本的数据特征并实现快速分类,完成损伤识别的目的。采用卡塔尔大学看台结构模型来验证所提方法的可行性及可靠性,并探讨噪声程度、样本个数、构图方式及相关图卷积网络参数对识别结果的影响。结果表明:与一维卷积神经网络相比,图卷积神经网络模型在强噪声、小样本的情况下具有较高的损伤识别精度。构图方式及图池化方法对识别结果有一定的影响,Path构图方式与Topk池化的识别结果较为稳定且高于其他组合形式。 展开更多

关键词 结构健康监测 损伤识别 振动响应 深度学习 图卷积神经网络

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利用部分加速度测量的结构滞回特性免模型识别 被引量：4

7

作者 许斌 王云 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期180-187,共8页

结构非线性恢复力与位移的关系即滞回特性是强动力荷载作用下结构损伤发生发展过程的直接表征,可直接用于结构耗能的定量评估。该文提出一种仅部分自由度受到激励且只有部分自由度上加速度响应测量已知时结构非线性恢复力和质量识别方... 结构非线性恢复力与位移的关系即滞回特性是强动力荷载作用下结构损伤发生发展过程的直接表征,可直接用于结构耗能的定量评估。该文提出一种仅部分自由度受到激励且只有部分自由度上加速度响应测量已知时结构非线性恢复力和质量识别方法。无需结构恢复力参数化模型,利用切比雪夫多项式来描述非线性恢复力,结合无迹卡尔曼滤波算法(Unscented Kalman Filter,UKF),在结构刚度、阻尼、质量未知情况下,实现非线性恢复力和结构质量识别。在一个多自由度数值模型中引入磁流变阻尼器模拟非线性构件,通过数值模拟验证该方法的识别效果。结果表明,该方法在仅部分自由度受激励且仅部分自由度上加速度响应时程已知时,可对结构非线性恢复力和质量进行有效识别。该方法对工程结构在强动力荷载作用下损伤发展过程的识别及耗能的定量评估具有重要意义。 展开更多

关键词 非线性恢复力 质量 识别 无迹卡尔曼滤波 切比雪夫多项式 磁流变阻尼器 免模型

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基于云模型相似性度量的结构不确定性损伤识别 被引量：3

8

作者 骆勇鹏 郑金铃 +3 位作者 刘远贵 黄方林 鲁四平 刘景良 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1385-1394,共10页

测量噪声、建模误差等不确定性因素会影响损伤识别结果,甚至导致损伤误判的问题。为此,提出基于频响函数和云模型相似性度量的不确定性损伤识别方法。首先基于多次重复测量数据,根据频响函数理论计算结构损伤前后各单元的损伤系数,采用... 测量噪声、建模误差等不确定性因素会影响损伤识别结果,甚至导致损伤误判的问题。为此,提出基于频响函数和云模型相似性度量的不确定性损伤识别方法。首先基于多次重复测量数据,根据频响函数理论计算结构损伤前后各单元的损伤系数,采用损伤前后云模型期望曲线的相似程度来构造损伤位置识别指标,识别结构的损伤位置。其次,利用单元损伤前后的云模型数字特征变化量来构造损伤程度指标,确定损伤单元的损伤程度。以23杆桁架结构数值算例验证该方法的可行性及可靠性,探讨原始样本个数、噪声程度对识别结果的影响,并研究在无健康工况数据条件下所提方法的识别效果。研究结果表明:与传统的云模型相似性度量方法中的夹角余弦法相比,所提算法可以更好地处理损伤识别过程中的不确定性问题,且仅需少量样本即可准确识别出单元的损伤位置及损伤程度,具有一定的工程应用价值。 展开更多

关键词 结构损伤识别 频响函数 云模型相似性度量 不确定性

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基于外贴压电陶瓷的钢管砼界面剥离检测机理的数值模拟研究 被引量：3

9

作者 庄志有 许斌 +1 位作者 陈洪兵 夏颂 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期951-957,1004,共8页

界面剥离的存在会给钢管混凝土构件的力学性能带来负面影响,本文提出了一种利用外贴式压电陶瓷的应力波测量小波包分析的钢管混凝土构件界面剥离检测的方法。考虑压电陶瓷片的压电效应及与钢管混凝土构件的耦合效应,建立了二维多物理场... 界面剥离的存在会给钢管混凝土构件的力学性能带来负面影响,本文提出了一种利用外贴式压电陶瓷的应力波测量小波包分析的钢管混凝土构件界面剥离检测的方法。考虑压电陶瓷片的压电效应及与钢管混凝土构件的耦合效应,建立了二维多物理场耦合有限元模型;采用外贴压电陶瓷片作为驱动器和传感器,通过数值模拟研究了在简谐激励下不同缺陷试件压电传感器电压信号幅值及扫频信号激励下,不同缺陷试件传感器测量信号的小波包能量评价指标的变化规律。结果表明,界面剥离引起外贴压电陶瓷传感器电压信号幅值和测量信号的小波包能量下降,界面剥离越大,二者下降得越多。 展开更多

关键词 钢管混凝土 界面剥离 压电陶瓷 应力波 小波包分析 数值模拟

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基于表面波的钢管砼界面剥离检测模拟分析 被引量：3

10

作者 陈潜 许斌 陈洪兵 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第1期80-84,共5页

钢管混凝土结构充分利用了钢管和混凝土的优点,具有优越的力学性能,被广泛应用于高层建筑及大型桥梁中。然而,钢管和混凝土间的界面剥离缺陷却会给结构力学性能带来负面影响,对隐蔽性的界面剥离缺陷进行有效检测很重要,基于同侧压电陶... 钢管混凝土结构充分利用了钢管和混凝土的优点,具有优越的力学性能,被广泛应用于高层建筑及大型桥梁中。然而,钢管和混凝土间的界面剥离缺陷却会给结构力学性能带来负面影响,对隐蔽性的界面剥离缺陷进行有效检测很重要,基于同侧压电陶瓷片驱动与表面波测量进行检测易于实施。该文运用ANSYS建立了带界面剥离缺陷的钢管混凝土柱模型,通过在钢管混凝土柱表面同侧粘贴压电陶瓷(PZT)片进行驱动和传感,对具有不同长度缺陷的钢管混凝土柱的信号进行数值模拟分析,并与健康工况下的信号进行比较。数值模拟结果表明,界面剥离缺陷工况下的信号幅值较健康工况下大,且损伤程度与信号幅值改变呈正相关,损伤尺度越大,信号幅值越大。该文提出的基于表面波测量的界面剥离缺陷检测方法有效。 展开更多

关键词 压电陶瓷 界面缺陷 钢管混凝土 导波 数值研究

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自助法的改进及在结构参数不确定性量化和传递分析中的应用 被引量：1

11

作者 骆勇鹏 刘景良 +2 位作者 韩建平 鲁四平 黄方林 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期679-687,共9页

参数不确定性量化及传递分析常需假定参数的总体分布,概率分布的选取对分析结果有较大影响。自助法无需进行分布假设即可对总体的分布特性进行统计推断,可在一定程度解决以上问题,但是在小样本情况下容易导致计算结果偏离真实分布。为此... 参数不确定性量化及传递分析常需假定参数的总体分布,概率分布的选取对分析结果有较大影响。自助法无需进行分布假设即可对总体的分布特性进行统计推断,可在一定程度解决以上问题,但是在小样本情况下容易导致计算结果偏离真实分布。为此,采用信息扩散理论对自助法进行改进,结合响应面理论,提出新的参数不确定性量化及传递分析方法。该方法首先对各个Bootstrap子样本的概率密度函数进行信息扩散估计,采用接受-拒绝法生成大量改进Bootstrap子样本,计算不确定性参数的概率统计特征值。其次,根据不确定性量化结果,基于响应面模型,快速计算结构响应的变化区间,根据所定义的区间灵敏度指标来判断参数不确定性对结构响应的影响程度,量化响应的不确定性。最后,通过一斜拉桥的参数不确定性量化及传递分析,验证了所提方法的可行性及可靠性。 展开更多

关键词 不确定性量化和传递 斜拉桥 改进自助法 响应面模型 有限样本 信息扩散

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