工程建设与设计
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基于改进模态应变能法的传感器布置探讨
Discussion onSensorArrangementBased on ImprovedModal StrainEnergyMethod
高长青1，樊英2
（1.西安电子科技大学，西安710071;2.西安科技大学，西安710054）
GAO Chang-qing",FANYing
(1.Xidian University, Xi'an 710071,China; 2.Xi'an University ofScience and Technology,Xi'an 710054,China)
【摘要】为了探究大型结构中的传感器优化问题，对原有的模态应变能法进行研究，并对模应安能法进行改进，以式汉某大桥为算例，通过改进的模态应变能法对其行传感器优化布置，结果表明：改进的模态应变能法，更多地保留了结构的信息，更加准确地反映了结构的特性。
[Abstract ]in order to solve the optimal problem of sensor of large structure, modal strain energy method had been studied in the paper,thenImade some improvements on this method. Finally,a bridge in Wuhan as an example is used to testify thenew method. the resultshowthat:the improved strain energy method preserves morestructure information and accuratelyreflect thestructurecharacter【关键词】模态应变能法；传感器；布置
[Keywords )modal strain energymethod; sensor;placement
【中图分类号】TU317.3;TU311.41
【文献标志码]A
[DOI]10.13616/j.cnki.gcjsysj.2017.12.043
1引言
改进的模态应变能法在通过有限元模型以及模态包含概率矩阵等一系列的合理计算中，可以对传感器的布置方案进行有效的改善和优化。
2改进模态应变能法 2.1传统的模态应变能法
布置传感器是对建筑结构上进行动力测量的重要方式因此，在传感器的布置上需要将环境因素、准确性因素、经济因素等相关因素进行综合性的考虑。当前设置传感器最为重要的问题就是布置的位置、数量以及评价。而模态应变能法是一种具有很高抗噪性能和敏感性的能量准则，利用有限元的相关程序可以进行很好的应用。以下为模态应变能法中相应的计算公式。
B,=MSE,/MSETK,K(TK,/M)×1/
【作者简介】高长青（1992~)，男，陕西铜/人，在读硕士生，从事有限元分析研究。
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万方数据
【文章编号】1007-9467(2017)12-0136-02
式中，B，为单元j相应于第i阶振型的单元模态应变能系数， MSE，为单元j相应于第i阶振型的单元振型应变能，MSE为第阶应变能，，为机构的第阶型。$为结构的第阶频率， K,为第j单元在整体坐标系的单元刚度矩阵，K和M为总刚度矩阵和总质量矩阵。在这一振型当中最为关键的一个节点就是在公式一边的数值高于平均数时节点的位置。可以选择较大的位置布置响应的传感器。
通过相应的理论可以得知，应变能大的位置上应变能也就大，因此从位置上来讲振幅的数值将会产生较大的应变同时在结构上的一部分约束也会出现较大的应变效果，在一般情况下，后者要比前者高出很多，但是在传感器分布的结构上
也将会产生更多的信息。 2.2改进模态应变能法
模态的应变能法在传感器的分布方式上只是作为一个特殊模态下的一种响应，或者是一些模态组合，但是在考虑的过程中缺少对其他结构的贡献程度，因此对模态应变能法进行一定程度上的改进，在原有模态应变能法上增加对某一特殊