交通高峰期融合分布式计算与稀疏表示的桥梁荷载与损伤同时识别研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51908149
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0806.工程建造与服役
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Frequent excitation of vehicle loads can accelerate the bridge structural damage and even induce a fatal bridge accident. It is imminent to explore a new method for simultaneous identification of bridge external forces and damages. Limiting by the conditions of serial computation and assumption of known initial conditions, existing methods of simultaneous identification are poor timeliness and weak applicability. As a result, existing methods are not suitable for estimating the bridge external forces and damages during rush hour. In this study, theoretical analysis, numerical calculation and model experiment will be employed. Combining the distributed computing and sparse representation, simultaneous identification of bridge external forces and structural damages will be investigated. Analysis model of the bridge will be firstly established by the help of multi-objective swarm intelligence algorithms. Problem of separating bridge external forces and initial conditions will be overcome via two steps. They are sparse decomposition of structural responses and reconstruction of external forces. Then a core method will be proposed for simultaneous identification of bridge external forces and structural damages under unknown initial conditions. Under the guidance of divide and conquer, distributed tasks will be created based on moving time-window technique. Unknown initial conditions are introduced for each task. It can make sure that data for each task is independent. A distributed platform will be designed and built for solving the distributed tasks and fusing the identified results. A novel distributed computing-oriented method will be proposed for simultaneous identification of bridge external forces and structural damages during rush hour. Herein, sparse representation of external forces and sparse distribution of structural damages will be considered. Laboratory experiments will be carried out for verification of the proposed method. Bridge external forces and structural damages can be identified rapidly and simultaneously during rush hour. Some technical supports are provided for structural health monitoring of bridges as well.
车辆荷载的频繁作用会加速桥梁损伤,甚至诱发桥梁事故,开展桥梁荷载与损伤协同识别研究迫在眉睫。受串行计算与初始条件已知的限制,既有桥梁荷载与损伤协同识别方法的时效性与适用性较差,无法满足交通高峰期桥梁荷载与损伤的快速协同识别。本项目拟采用理论分析、数值计算与模型实验有机结合的方法,融合分布式计算与稀疏表示,研究桥梁荷载与损伤协同识别问题。基于群智能算法探讨桥梁多目标优化建模;通过响应稀疏分解与荷载稀疏重构,克服桥梁荷载与初始条件的分离难题,形成未知初始条件下桥梁荷载与损伤协同识别新策略;在“分而治之”思想指导下,基于移动时间窗创建分布式任务,引入未知初始条件实现任务数据对外封闭,设计搭建分布式平台完成任务求解与结果合并;重点提出交通高峰期面向分布式计算的桥梁荷载与损伤稀疏协同识别新方法,并辅以实验验证,以达到交通高峰期快速反演桥梁荷载与损伤的研究目的,为桥梁结构健康监测提供技术支持。

结项摘要

桥梁动荷载与结构损伤是影响桥梁结构安全运营的两个重要因素,对两者有效的反演与识别是桥梁结构健康监测的重要内容。本项目采用理论分析、数值仿真和模型实验相结合的方法,基于稀疏表示和分布式并行计算研究了桥梁荷载反演和损伤识别问题。项目探索了蜻蜓算法及其改进策略在结构损伤优化识别中的应用,融合卷积神经网络与蜻蜓算法提出了桥梁结构损伤识别两步法;提出了结构初始条件的伴随冗余字典表示新方法,解决了动荷载识别方程中初始条件与结构荷载的融合难题,实现了未知结构初始条件下桥梁动荷载的高精度稀疏反演;提出了考虑稳均值约束的移动荷载稀疏正则化识别方法,有效削弱了传感器标定误差的不利影响,提升了桥梁移动荷载的识别精度;发展了动荷载矩阵正则化识别和桥梁移动荷载等效表示理论,建立了移动荷载与固定荷载之间的等效关系,实现了结构动荷载的矩阵正则化反演,并成功将其应用于桥梁移动车重的识别。在此基础上,搭建了分布式并行计算平台,基于时间域分割提出了动荷载并行求解新方法,发展了基于空间域分割的结构荷载与损伤同时识别的并行解决方案,实现了桥梁荷载与损伤的稀疏快速反演,一定程度上为桥梁结构健康监测提供了有益的技术借鉴。至目前,项目共发表了期刊论文6篇(SCI收录5篇),培养硕士研究生已毕业4名,尚有7名硕士研究生在读。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Parallel computing-oriented method for long-time duration problem of force identification
面向并行计算的长持续时间力辨识问题方法
  • DOI:
    10.1007/s00366-020-01097-6
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Engineering with Computers
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Pan Chudong;Deng Xiongjie;Huang Zhenjie
  • 通讯作者:
    Huang Zhenjie
Force identification under unknown initial conditions by using concomitant mapping matrix and sparse regularization
利用伴随映射矩阵和稀疏正则化进行未知初始条件下的力识别
  • DOI:
    10.1177/1077546320944690
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Journal of Vibration and Control
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Xijun Ye;Chudong Pan
  • 通讯作者:
    Chudong Pan
Vehicle weight identification based on equivalent loads reconstructed from responses of beam-like bridge
基于梁桥响应重建等效载荷的车辆重量识别
  • DOI:
    10.1016/j.jsv.2022.117072
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Journal of Sound and Vibration
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Pan Chudong;Zhang Liwen;Ye Xijun;Sun Zhuo
  • 通讯作者:
    Sun Zhuo
Indirect Reconstruction of Structural Responses Based on Transmissibility Concept and Matrix Regularization
基于传递性概念和矩阵正则化的结构响应间接重构
  • DOI:
    10.1155/2021/5176613
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    Shock and Vibration
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Chudong Pan;Liwen Zhang;Zhuo Sun
  • 通讯作者:
    Zhuo Sun
基于Frobenius范数矩阵正则化的结构动荷载识别
  • DOI:
    10.19760/.j.ncwu.zk.2021058
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    华北水利水电大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘楚东;李熠峥;游俊达;杨丽华;李奕莎
  • 通讯作者:
    李奕莎

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其他文献

考虑初始条件影响的移动荷载识别稀疏正则化方法
  • DOI:
    10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2018.05.002
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    振动工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘楚东;余岭;刘焕林;骆紫薇
  • 通讯作者:
    骆紫薇
基于蚁狮优化算法与迹稀疏正则化的结构损伤识别
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2019.16.011
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈承滨;余岭;潘楚东;陈泽鹏
  • 通讯作者:
    陈泽鹏

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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