通信铁塔应力腐蚀损伤动力学系统参数多尺度辨识与控制方法研究

At present, the structural failure of communication tower caused by the stress corrosion damage, such as the bending failure, the surface pitting and fracture, has been paid much attention. This project focuses on the multiscale evolution mechanism of stress corrosion damage in the communication tower. Combined with the dynamic parameter identification of communication tower damaged model, the damage state is evaluated and an effective damage control strategy is put forward.The purpose of the project is to construct meso-scale wavelet bases with the feature of micro decoupling, high approximation order and damage singularity and establish the wavelet homogenization model of damaged heterogeneous material, which reveals the macro and micro plastic strain, damage evolution and failure mechanism of damaged components with stress corrosion. A multi-scale mode synthesis method is proposed to reduce the order of damage model of the system. A second generation wavelet-based support vector machine model is established to realize the online identification of dynamic parameters of stress corrosion damaged system. A damage criterion of tracing structure damage state is presented. A design method for fuzzy logic system with self-adjusting parameters is studied and a fuzzy semi-active control method for stress corrosion damage of communication tower is presented to realize on-line damage control of communication tower system.This project provides basic theory and key technology for identification and damage control of communication tower operation. It has great engineering significance for the structural safety, performance control and life extension of communication tower.

目前，应力腐蚀损伤所引起的通信铁塔结构弯曲破坏、表面蚀坑、断裂等失效问题受到了广泛关注。本项目着眼于研究通信铁塔应力腐蚀损伤的多尺度演化机理，结合铁塔损伤模型动力学参数辨识，评估系统损伤状态，提出有效的损伤控制策略。本项目构造具有细观解耦、高逼近阶、满足损伤奇异性等期望特性的新型细观小波基，建立细观非均匀材料损伤的小波均匀化模型，揭示应力腐蚀损伤构件的宏细观塑性应变、损伤演化及失效机理；提出多尺度模态综合法，实现损伤系统的模型降阶；建立损伤系统的第二代小波支持向量机模型，实现应力腐蚀损伤动力学参数的在线辨识。提出可追踪结构损伤状态的损伤准则，研究一种参数自适应调整的模糊逻辑系统设计方法，提出一种通信铁塔应力腐蚀损伤的模糊半主动控制方法，实现铁塔系统的在线损伤控制。本项目研究为通信铁塔运行状态辨识和损伤控制提供基础理论和关键技术，对通信铁塔结构安全性、性能控制及延寿技术有重要的工程价值。

本项目开展通信铁塔宏细观应力腐蚀损伤多尺度建模与损伤演化分析，提出结构损伤模型动力学参数辨识方法，研究结构智能损伤诊断方法，探索通信铁塔应力腐蚀损伤的模糊半主动控制方法，为铁塔运行状态辨识和损伤控制提供基础理论和重要技术。具体内容如下：.1）针对损伤多尺度建模问题，提出基于多小波的多尺度扩展小波有限元策略，实现损伤解耦多尺度分析。建立结构细节部位的细观损伤描述和损伤多尺度模型，采用小波均匀化方法获得细节部位的宏观应力、应变场和等效损伤量，采用迭代计算获取结构宏细观尺度的应力、应变、弹性模量、刚度等力学量与腐蚀电位值，实现结构损伤到失效过程的多尺度分析。.2）针对通信铁塔结构模态分析中难以定阶、分析精度差等问题，提出基于增强协方差和特征值熵增量的协方差驱动随机子空间识别方法，有效识别结构模态参数。.3）针对结构多源多类型故障诊断问题，提出了基于直觉模糊值的多属性决策方法和基于模糊软集和逻辑公式的最大关联分析方法。针对振动信号噪声干扰和诊断信息不确定性问题，提出了基于模糊软集K均值的结构故障诊断方法。.4）为解决系统故障辨识问题，提出基于C损失函数的双正则化极限学习机和基于特征选择的极限学习机。考虑样本结构信息，提出结构正则化双支持向量机和平滑超球双支持向量机算法，提高学习与泛化能力。.5）针对故障诊断的噪声干扰问题，提出基于扩展自注意胶囊网络和双向长短记忆网络的去噪方法。为提高时空相关性的学习能力，提出残差-长短时记忆网络和基于分频去噪的多尺度卷积神经网络的故障诊断方法。.6）针对通信铁塔系统不确定性干扰和参数摄动，提出分布式模糊自适应结构损伤控制方法和基于遗传算法-递归反向传播神经网络的模型预测控制方法。针对通信铁塔应力腐蚀损伤控制问题，提出可追踪应力腐蚀损伤状态的多尺度应力强度因子准则，通过设计参数自适应调整的模糊逻辑系统方法，实现通信铁塔应力腐蚀损伤的模糊半主动控制。