Численно-аналитическая методика идентификации параметров жесткости пространственных конструкций на основе минимизации различия расчетных (конечноэлементных) и натурных динамических характеристик

P. I. Novikov

doi:10.22213/2410-9304-2020-3-64-71

Authors

P. I. Novikov "Center SMIS "BASIS" Ltd., Izhevsk

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2020-3-64-71

Keywords:

inverse ill-posed problem, damage detection, minimization, natural frequencies and mode shapes

Abstract

The paper contains a description of the developed numerical analysis technique for stiffness parameters identification of spatial structures by minimizing the difference between the calculated (finite element) and natural dynamic characteris-tics. The technique allows us to solve inverse ill-posed dynamic problems of parametrical identification of structures stiffness characteristics. The technique uses the capabilities of software solution ANSYS Mechanical and MATLAB. The method is based on the original formulation of the nonlinear programming (NLP) with the limitations in the form of ine-qualities for the calculated eigenvalues. Before the start of minimization, it is planned to select priority minimization components. The selection of components allows us to solve the dynamic inverse problem under conditions of “contrast” change of significant spectrum part. Also, it increases the computational efficiency of the minimization process. The technique is applicable to a detailed study of spatial structural schemes. The technique can
be applied as a component of information, analytical and mathematical models of digital twins at the stage of validation, identification of mathematical models of real construction objects, which are equipped with modern systems of dynamic monitoring.

References

Методика мониторинга состояния несущих конструкций зданий и сооружений. Общие положения / МЧС России. М., 2008. 36 с.

Белостоцкий А. М., Новиков П. И. Идентификация действительных инерционно-жесткостных свойств конструктивных элементов адаптируемых конечно-элементных моделей зданий и сооружений. Состояние проблемы и пути решения // Int. Jour. for Computational Civil and Structural Engineering. 2013. № 9. Is. 4. Pp. 107–118.

Ватульян А. О. Коэффициентные обратные задачи механики. М. : Физматлит, 2018. 272 с. ISBN: 978-5-9221-1826-2.

Friswell M.I., Mottershead J.E. Finite element model updating in structural dynamics. Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1995. 304 p.

Kang J.S., Yeo I.H., Lee H.S., Shin S.B. Structural damage detection using modal data with regularization technique // 15th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology Post-Conference (Post-SMiRT15). – Cheju, South Korea: 1999.

Weber B., Paultre P., Proulx J. Damage Detection of an Aluminum Truss Using Tikhonov Regularization // Conference & Exposition on Structural Dynamics (IMAC-XXIV). St. Louis, Missouri, United States: 2006.

Chen B., Nagarajaiah S. Flexibility-based structural damage identification using Gauss–Newton method // Sadhana. 2013. Vol. 38, № 4. Pp. 557-569.

Белостоцкий А. М., Каличава Д. К. Адаптируемые конечноэлементные модели в основе динамического мониторинга несущих конструкций высотных зданий. Часть 1. Основы разработанной расчетно-экспериментальной методики // Int. Jour. for Comput-ational Civil and Structural Engineering. 2012. Vol. 8, Iss. 4. Pp. 19–27.

Адаптируемые конечноэлементные модели в основе динамического мониторинга несущих конструкций высотных зданий. Часть 2. Верификация методики на стендовых моделях / А. М. Белостоцкий, Д. К. Каличава, А. И. Нагибович, Н. О. Петряшев, С. О. Петряшев // Int. Jour. for Computational Civil and Structural Engineering. 2012. Vol. 8, Iss. 4. Pp. 28–42.

Адаптируемые конечноэлементные модели в основе динамического мониторинга несущих конструкций высотных зданий. Часть 3. Апробация методики на высотном комплексе, возведенном с выяв-ленными отступлениями от проекта / А. М. Белостоцкий, Д. К. Каличава, А. А. Аул, А. И. Нагибович // Int. Jour. for Computational Civil and Structural Engi-neering. 2012. Vol. 8, Iss. 4. Pp. 43–52.

Капустян Н. К., Климов А. Н., Антоновская Г. Н. Высотные здания: опыт мониторинга и пути его использования при проектировании // Жилищное строительство. 2013. №11. C. 6–12.

Каличава Д. К. Адаптивные динамические конечноэлементные модели в основе мониторинга не-сущих конструкций высотных зданий : дис. … канд. техн. наук: 05.13.18. М., 2012. 149 с.

Коргина М. А. Оценка напряженно-деформированного состояния несущих конструкций зданий и сооружений в ходе мониторинга их технического состояния : дис. … канд. техн. наук: 05.23.01. М., 2008. 225 с.

Еманов А. Ф. Восстановление когерентных составляющих волновых полей в сейсмике: дис. … д-ра техн. наук: 25.00.10. Новосибирск, 2004. 279 с.

Бах А. А., Красников А. А. Использование метода стоячих волн для анализа динамических характеристик высотных зданий на примере 40-этажного комплекса «Дирижабль», г. Москва // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2014. № 1. С. 26–30.

Nelson R.B. Simplified calculation of eigenvector derivatives // AIAA Journal. 1976. Vol. 14, No. 9. Pp. 1201-1205.

Fox R.L., Kapoor M.P. Rates of change of eigen-values and eigenvectors // AIAA Journal. 1968. Vol. 6, № 12. Pp. 2426-2429.

Wang B.P. Improved Approximate Methods for Computing Eigenvector Derivatives in Structural Dynamics // AIAA Journal. 1991. Vol. 29, № 6. Pp. 1018-1020.

Zhang O., Zerva A. Iterative Method for Calculating Derivatives of Eigenvectors // AIAA Journal. 1996. Vol. 34, № 5. Pp. 1088-1090.

Белостоцкий А. М., Новиков П. И., Бах А. А., Красников А. А. Апробация методики идентификации параметров жесткости пространственных конструкций на экспериментальных стендах // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 19, № 2. С. 44–60.