簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 蔡哲緯
Cai, Zhe-Wei
論文名稱: 應用類神經網路於結構損傷定位之研究
A Study on Structural Damage Localization Using Artificial Neural Networks
指導教授: 江達雲
Chiang, Dar-Yun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 69
中文關鍵詞: 結構損傷類神經網路
外文關鍵詞: Artificial Neural Network, Structural Damage Detection
相關次數: 點閱:113下載:2
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本文探討利用類神經網路對於輸入模態訊息作形式辨別的最佳化過程,進行結構損傷定位。藉由模態曲率對於振型變化十分靈敏之特性,針對含雜訊之模態資料情況下進行結構損傷定位分析。因模態資料中含些許雜訊時,使得模態曲率產生極大的變化,造成識別不良的情形。為此,吾人提出平均模態曲率變化之方法,降低雜訊對損傷定位的干擾,突顯結構損傷位置;再利用類神經網路有效的標定損傷位置。最後經由數值模擬,驗證本文所探討的方法之可行性。

    In this thesis, structural damage detection analysis is studied with consideration of the modal data under the noisy conditions using the artificial neural networks. In the process of damage detection, a method in combination with system identification technique is employed. We proposed a modification to the conventional method of modal curvature, so that possibly damaged elements in a structure can be located more reliably. Numerical simulation results show that the proposed method is accurate and robust using the modal data under noisy conditions.

    目錄 中文摘要 I 英文摘要 II 致謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 第一章 緒論 1 1-1前言 1 1-2前人研究與文獻探討 2 1-3研究動機與目的 5 第二章 結構損傷偵測 6 2-1前言 6 2-2基於系統識別的結構損傷偵測分析 7 2-3基於模態曲率的損傷識別 11 第三章 類神經網路 14 3-1類神經網路簡介 14 3-2倒傳遞式類神經網路 16 3-3網路演算法 17 3-4網路參數設定 21 3-5網路學習的改進 24 3-6應用類神經網路於結構損傷定位之流程 27 第四章 數值模擬分析 28 4-1引言 28 4-2應用模態曲率於結構損傷偵測 29 4-2-1均勻結構 29 4-2-2非均勻結構 30 4-2-3雜訊對損傷偵測的影響 31 4-3應用類神經網路於結構損傷偵測 34 4-3-1 結構損傷樣本之產生 35 4-3-2 類神經網路的訓練 36 4-3-3學習與預測之結果 36 第五章 結論 40 參考文獻 42 自述 69 表目錄 表4.1 損傷程度分析結果 44 表4.2 損傷位置分析結果 44 圖目錄 圖3.1類神經處理單元 45 圖3.2類神經網路架構 45 圖3.3網路訓練流程圖 46 圖4.1 30自由度鏈模型示意圖 46 圖4.2損傷前後第一模態振型(均勻結構,損傷位置k15) 47 圖4.3損傷前後第一模態曲率(均勻結構,損傷位置k15) 47 圖4.4損傷前後第一模態振型(非均勻結構,損傷位置k10) 48 圖4.5損傷前後第一模態曲率(非均勻結構,損傷位置k10) 48 圖4.6損傷前後第一模態振型(非均勻結構,損傷位置k15) 49 圖4.7損傷前後第一模態曲率(非均勻結構,損傷位置k15) 49 圖4.8損傷前後第一模態曲率(均勻結構,損傷位置k15,噪訊比3%) 50 圖4.9第一模態曲率變化(均勻結構,損傷位置k15,噪訊比3%) 50 圖4.10第二模態曲率變化(均勻結構,損傷位置k15,噪訊比3%) 51 圖4.11第三模態曲率變化(均勻結構,損傷位置k15,噪訊比3%) 51 圖4.12第四模態曲率變化(均勻結構,損傷位置k15,噪訊比3%) 52 圖4.13平均模態曲率變化(均勻結構,損傷位置k15,噪訊比3%) 52 圖4.14平均模態曲率變化(均勻結構,損傷位置k15,噪訊比6%) 53 圖4.15損傷前後第一模態曲率(非均勻結構,損傷位置k10,噪訊比3%) 53 圖4.16平均模態曲率變化(非均勻結構,損傷位置k10,噪訊比3%) 54 圖4.17平均模態曲率變化(非均勻結構,損傷位置k10,噪訊比6%) 54 圖4.18損傷前後第一模態曲率(非均勻結構,損傷位置k15,噪訊比3%) 55 圖4.19平均模態曲率變化(非均勻結構,損傷位置k15,噪訊比3%) 55 圖4.20平均模態曲率變化(非均勻結構,損傷位置k15,噪訊比6%) 56 圖4.21 5自由度鏈模型示意圖 56 圖4.22損傷程度分析(損傷位置k1) 57 圖4.23損傷程度分析(損傷位置k3) 57 圖4.24損傷程度分析(損傷位置k5) 58 圖4.25損傷位置分析(損傷位置k1) 58 圖4.26損傷位置分析(損傷位置k3) 59 圖4.27損傷位置分析(損傷位置k5) 59 圖4.28損傷程度分析(損傷位置k1、k2) 60 圖4.29損傷程度分析(損傷位置k3、k4) 60 圖4.30損傷程度分析(損傷位置k1、k6) 61 圖4.31損傷位置分析(損傷位置k1、k2) 61 圖4.32損傷位置分析(損傷位置k3、k4) 62 圖4.33損傷位置分析(損傷位置k1、k6) 62 圖4.34損傷程度分析(損傷位置k1,噪訊比3%) 63 圖4.35損傷程度分析(損傷位置k3,噪訊比3%) 63 圖4.36損傷程度分析(損傷位置k5,噪訊比3%) 64 圖4.37損傷位置分析(損傷位置k1,噪訊比3%) 64 圖4.38損傷位置分析(損傷位置k3,噪訊比3%) 65 圖4.39損傷位置分析(損傷位置k5,噪訊比3%) 65 圖4.40損傷程度分析(損傷位置k1、k2,噪訊比3%) 66 圖4.41損傷程度分析(損傷位置k3、k4,噪訊比3%) 66 圖4.42損傷程度分析(損傷位置k1、k6,噪訊比3%) 67 圖4.43損傷位置分析(損傷位置k1、k2,噪訊比3%) 67 圖4.44損傷位置分析(損傷位置k3、k4,噪訊比3%) 68 圖4.45損傷位置分析(損傷位置k1、k6,噪訊比3%) 68

    [1]Young, J. K. and On, F. J., “Mathematical Modeling via Direct Use of Vibration Data”, National Aeronautic and Space Engineering and Automotive Engineers, Los Angeles, California, Reprint No 690615, October 1969.

    [2]Berman, A. and Flannely, W. G., “Theory of Incomplete Models of Dynamic Structures”, AIAA Journal, Vol.9 (8), August 1971.

    [3]Berman, A., “System Identification of Structural Dynamic Models - Theoretical and Practical Bounds”, AIAA paper 84-0929, 1984.

    [4]Adams , R. D., Walton, D., Flitcroft, J. E., and Short, D., ”Vibration Testing as a Non-destructive Test Tool for Composite Materials”, Composite Reliability, ASTM STP 580, pp. 159-175, 1975.

    [5]Adams ,R.D., Cawley, P., Pye, C. J., and Stone, B. J., ”Vibration Techniques For Non-destructively Assessing the Integrity of Structures”, Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 20, no. 2, pp. 93-100, 1978.

    [6]Kudva, J. N., Munir, N., and Tan, P. W., “Damage Detection in Smart Structure Using Neural Network and Finite Element Analysis”, Smart Materials and Structures (UK)., Vol. 1, no. 2, pp. 108-112, June. 1992.

    [7]Wu, X., Ghaboussi, J., and Garrett, J. H., “Use of Neural Network In Detection of Structural Damage”, Computer & Structures, Vol. 42, No. 4, pp. 649-659, 1992.

    [8]葉怡誠, “機器學習在土木工程專家系統應用之研究”,博士論文, 國立成功大學土木工程學研究所, 1992.

    [9]Pandey, P. C. and Barai, S.V., “Multilayer Perceptron In Damage Detection Of Bridge Structural”, Computer & Structures, Vol. 54, No. 4, pp. 597-608, 1995.

    [10]林子超, “類神經網路在結構損傷偵測分析的應用“,碩士論文, 國立成功大學航空太空工程學研究所, 1997.

    [11]Aygen, Z. E., Seker, S., Bagnyanik, M., Bagnyanik, F. G., and Ayaz, E., “Fault Section Estimation in Electrical Power Systems Using Artificial Neural Network Approach”, Transmission and Distribution Conference of IEEE, Vol. 2, pp. 466 - 469, 1999.

    [12]Fanf, X., Luo, H., and Tang, J. “Structural Damage Detection Using Neural Network with Learning Rate Improvement”, Computer & Structures, Vol. 83, pp. 2150-2161, 2005.

    [13]Pandey, A. K., Biswas, M., and Samman, M. M., ”Damage Detection From Changes in Curvature Mode Shapes” , Journal of Sound and Vibration, Vol. 2, pp.321-332, 1990.

    [14]Rosenblatt, F.,”A Probabilistic Modal for Information Storage and Organization in the Brain”, Psychology Review, Vol. 65, pp. 386-408, 1958.

    [15]Webos, P. J., ”New Tools for Prediction and Analysis in the Behavioral Science”, Beyond Regression: Doctoral Dissertation, Appl. Math., Harvard University, Mass.

    [16]Rumelhart, D. E., Hinton, G. E., and Williams, R. J., ”Learning Internal Representation by Error Propagation” ,in parallel Distributed Processing, Vol. 1, pp.318-362, 1986.

    [17]Abrahart, R., See, L., and Kneale, P. E., “Using Network Pruning and Model Breeding Algorithms to Discover Optimum Inputs and Architectures”, In Proceeding of the 3 International Conference on Geocomputation, University of Bristol, 1998.

    [18]Dawson, C. W. and Wilby, R. L., “Hydrological Modeling Using Artificial Neural Networks”, Progress in Physical Geography, Vol. 25, No. 1, pp. 80-108, 1995.

    [19]Liqun, Ren. and Zhiye, Zhao.,“ An Optimal Neural Networks and Concrete Strength Modeling”, Advances in Engineering Software, Vol. 33, pp. 117-130, 2002.

    [20]葉怡誠, “類神經網路-模式應用與實作”, 儒林圖書有限公司, 1995.

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2008-07-21公開
    QR CODE