結構健康監測的傳感器布置優化設計

《結構健康監測的傳感器布置優化設計》，楊辰，盧子興，夏元清 著，出版社： 科學出版社。

科學出版社是由中國科學院編譯局與1930年創建的龍門聯合書局於1954年8月合併成立的；目前公司年出版新書3000多種，期刊500多種，形成了以科學（S）、技術（T）、醫學（M）、教育（E）、人文社科（H）為主要出版領域的業務架構。

目錄

內容簡介

結構安全監測、診斷與維修是突破傳統結構設計局限並實現未來結構設計與運行的必然趨勢。如何在複雜服役環境中設計結構健康監測系統的高效費比傳感器布置方法，已成為當前動力學反問題研究亟待突破的難點。鑑於此，《結構健康監測的傳感器布置優化設計》的撰寫將考慮實際結構在服役過程中結構健康監測傳感器布置面臨的低信噪比、冗餘數據、貧信息等問題，意在揭示低信噪比與冗餘數據共存模式下結構響應信息的高效表徵機理，主要包括基於非概率理論的傳感器布置分析與優化設計、基於多維消冗模型的傳感器布置優化設計、傳感器布置的多目標優化等三方面內容，以期形成一套結構健康監測中包含系統與測量不確定性、局部密集布置等多種非完備信息下傳感器布置建模、分析、優化與設計理論。

目錄

前言

第1章緒論1

1.1傳感器布置優化方法研究進展與評述2

1.1.1傳感器布置優化方法2

1.1.2傳感器布置評價方法8

1.2傳感器布置中亟待解決的關鍵問題8

1.2.1傳感器布置輸入參數與性能之間的耦合關係8

1.2.2傳感器布置的可靠性分析9

1.2.3大規模傳感器布置算法的精度、效率與評價10

1.3傳感器布置方法的未來發展展望11

1.3.1非完備信息與*優輸入參數下傳感器布置優化方法11

1.3.2基於信息融合技術的多類型傳感器布置方法12

1.3.3傳感器布置的多目標優化算法綜合設計12

1.3.4基於人工智能的傳感器布置優化算法策略13

1.3.5低信噪比、多工況下自適應的監測數據採集系統13

1.4本章小結13

參考文獻13

第一篇基於非概率理論的傳感器布置分析與優化設計

第2章基於非概率區間可能度的傳感器數量確定方法25

2.1引言25

2.2基於Fisher信息矩陣的傳感器布置優化適應度函數25

2.3基於區間可能度模型的不確定性傳感器數量確定策略26

2.4數值算例28

2.4.1可重複運載器機翼28

2.4.2空間太陽能電站天線板33

2.5本章小結39

參考文獻39

第3章基於非概率區間模型的傳感器布置分析41

3.1引言41

3.2問題的提出41

3.2.1傳感器布置的有效獨立法41

3.2.2區間模態分析43

3.3區間Fisher信息矩陣43

3.4基於區間數的傳感器布置可能度45

3.4.1兩個區間比較的可能度關係45

3.4.2區間比較與實數比較的相容性47

3.4.3傳感器布置可能度47

3.5迭代算法流程48

3.6數值算例50

3.6.15自由度剪切剛架結構51

3.6.2平面桁架結構54

3.7本章小結57

參考文獻58

第4章傳感器布置的非概率區間魯棒優化60

4.1引言60

4.2非概率區間適應度函數的不確定性傳播60

4.2.1非概率區間模態分析60

4.2.2基於Taylor展開的區間Fisher信息矩陣61

4.2.3傳感器布置的區間魯棒優化適應度函數62

4.3非概率區間魯棒優化問題63

4.4算法流程65

4.5數值算例67

4.5.1剪切剛架結構67

4.5.2簡支梁結構72

4.5.3平面桁架結構75

4.6本章小結81

參考文獻82

第二篇基於多維消冗模型的傳感器布置優化設計

第5章基於一維消冗模型的天線展開模塊傳感器布置優化87

5.1引言87

5.2空間太陽能電站和天線展開模塊介紹87

5.2.1空間太陽能電站87

5.2.2天線陣列、天線單元和天線展開模塊87

5.3面向結構健康監測的天線展開模塊傳感器布置優化設計88

5.3.1布置特點88

5.3.2布置原則88

5.3.3布置方案89

5.4傳感器布置的優化目標函數89

5.4.1基於有效間隔指數的優化目標函數89

5.4.2基於有效獨立法和有效間隔指數的組合目標函數90

5.4.3基於有效獨立法、有效間隔指數與可靠性指標的組合目標函數91

5.5算法流程92

5.6數值算例94

5.7本章小結99

參考文獻100

第6章基於分布指數與有限元離散的傳感器二維消冗布置方法102

6.1引言102

6.2問題的提出一有限元網格與冗餘信息對傳感器布置的影響102

6.3傳感器布置適應度函數104

6.3.1基於有效獨立法的傳感器布置性能適應度函數104

6.3.2基於傳感器分布指數的消冗信息適應度函數104

6.3.3基於有效獨立法與傳感器分布指數的組合適應度函數108

6.4基於遺傳優化與有限元網格離散的傳感器布置雙層嵌套優化算法109

6.5數值算例111

6.5.1傳感器分布指數的驗證111

6.5.2空間太陽能電站天線陣模塊的傳感器布置112

6.5.3可重複運載器機翼的傳感器布置115

6.6本章小結117

參考文獻117

第7章基於二維消冗模型與子聚類調整策略的傳感器布置優化119

7.1引言119

7.2基於子聚類消冗模型算法的優化目標119

7.2.1傳感器布置對消冗模型的要求119

結構健康監測的傳感器布置優化設計

7.2.2現有傳感器消冗模型的局限性120

7.2.3基於子聚類策略的新型消冗模型121

7.3基於子聚類策略的傳感器布置優化方法122

7.3.1傳感器布置優化方法組合目標函數123

7.3.2基於子聚類策略和*小包圍圓法的求解過程123

7.3.3基於遺傳算的法的傳感器布置子聚類優化方法流程圖126

7.4工程算例126

7.4.1子聚類消冗模型的有效性驗證126

7.4.2空間太陽能電站天線展開模塊127

7.4.3可重複運載器機翼130

7.5本章小結135

參考文獻135

第8章基於三維消冗模型的空間網格結構傳感器布置優化137

8.1引言137

8.2基於三維消冗模型的傳感器布置優化目標函數137

8.2.1研究動機137

8.2.2三維消冗模型138

8.3組合目標函數139

8.4基於遺傳優化算法的空間網格結構傳感器布置優化流程140

8.5數值算例141

8.5.1三維消冗模型的驗證141

8.5.2地面空間網格結構142

8.5.3空間對接模塊146

8.6本章小結150

參考文獻150

第三篇傳感器布置的多目標優化

第9章基於多種傳感器布置的自適應多目標優化方法155

9.1引言155

9.2幾種常用的傳感器布置優化方法介紹155

9.2.1有效獨立法155

9.2.2驅動點殘差方法156

9.2.3平均驅動點殘差方法156

9.2.4有效獨立-驅動點殘差方法156

9.2.5特徵向量積方法156

9.2.6模態振型求和方法157

9.3結構健康監測的自適應傳感器布置優化方法157

9.3.1單目標傳感器位置篩選的等效優化格式157

9.3.2基於權重因子和歸一化的多目標優化轉換方法158

9.3.3基於權重因子更新的迭代優化159

9.3.4權重因子更新過程160

9.3.5多目標傳感器布置優化流程161

9.4傳感器布置優化的準則162

9.5工程算例162

9.5.1彈簧-質量系統163

9.5.2飛機機翼166

9.5.3空間太陽能電站169

9.6本章小結173

參考文獻174

第10章傳感器數量決定與布置的多目標優化方法176

10.1引言176

10.2基於區間可能度的傳感器數量優化方法176

10.2.1傳感器布置方法的不確定性傳播176

10.2.2標稱系統下的傳感器數量優化177

10.2.3傳感器數量的區間關係177

10.2.4利用兩種傳感器布置優化方法決定傳感器數量178

10.3傳感器布置多目標優化算法179

10.3.1多目標優化算法介紹180

10.3.2多目標傳感器布置優化問題的構成187

10.3.3基於改進超體積評估的多目標優化算法187

10.4算法流程188

10.5數值算例190

10.5.1彈簧-質量系統190

10.5.2簡支梁193

10.5.3平面桁架195

10.6本章小結199

參考文獻199