利用靜動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷診斷.pdf

1、結(jié)構(gòu)在使用過程中會(huì)因各種因素而產(chǎn)生性能的退化，特別是決定國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的結(jié)構(gòu)，試圖了解和評(píng)估結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)，為其安全決策提供可靠的依據(jù)，是當(dāng)今結(jié)構(gòu)工程研究的熱點(diǎn)問題，其過程即所謂的結(jié)構(gòu)損傷診斷(Damage Detection)和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM：Structural Health Monitoring)。結(jié)構(gòu)損傷指工程結(jié)構(gòu)中存在和發(fā)生影響結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的缺陷。結(jié)構(gòu)損傷診斷是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估，確定結(jié)構(gòu)是否存在損傷，分析判別損傷的

2、程度與部位，并對(duì)損傷的狀況和趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估。
　　 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠性是通過設(shè)計(jì)來保障的，但是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不能保證結(jié)構(gòu)在使用階段的可靠性，因?yàn)樵S多結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或建造(制作)問題和不適宜現(xiàn)行規(guī)范，或者因在多年的使用過程中由于惡劣的環(huán)境--風(fēng)、地震和超過使用荷載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)老化和惡化，從而使結(jié)構(gòu)的安全受到威脅。如何科學(xué)、有效、可靠地檢測(cè)損傷的出現(xiàn)、分布和程度是結(jié)構(gòu)損傷診斷研究的科學(xué)問題，也是近代結(jié)構(gòu)工程界普遍關(guān)注和研究的學(xué)科前沿課題。

3、r>　　 為了更好的研究結(jié)構(gòu)損傷診斷的方法，本文通過實(shí)驗(yàn)和模擬研究了在靜、動(dòng)態(tài)載荷作用下的受損懸臂梁的變形和受力情況。在實(shí)驗(yàn)部分，利用本課題組近8年來開發(fā)研制的基于納米碳管與樹脂基復(fù)合材料的高靈敏度電阻式應(yīng)變片、普通金屬絲應(yīng)變片和壓電陶瓷片傳感器(PZT)，分別對(duì)結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行采集，并利用采集到的應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的損傷診斷。在模擬部分，利用ABAQUS有限元軟件模擬了受損懸臂梁在靜、動(dòng)態(tài)載荷作用下變形和受力的情況，提取應(yīng)變

4、能、應(yīng)變和固有頻率等，并對(duì)其進(jìn)行分析。
　　 特別對(duì)于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的處理，在以往的結(jié)構(gòu)損傷診斷中，都是建立在以快速傅里葉變換(FFT)為核心的經(jīng)典信號(hào)處理方法上，基本上能滿足對(duì)平穩(wěn)信號(hào)的特征提取和分析；但對(duì)因結(jié)構(gòu)承受載荷變化等原因而產(chǎn)生的非平穩(wěn)信號(hào)的特征提取則相對(duì)不足。本文首先用FFT分析采集到的數(shù)據(jù)，以得到結(jié)構(gòu)在損傷時(shí)的時(shí)域和頻域的變化特征。其次采用信號(hào)處理的前沿技術(shù)--小波分析技術(shù)進(jìn)行研究和探索，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)信號(hào)處理方法的不足。<

5、br>　　 本文的研究工作主要有如下幾點(diǎn)：
　　 ①針對(duì)傳統(tǒng)金屬絲應(yīng)變片靈敏度較低，在實(shí)驗(yàn)的過程中需要信號(hào)放大橋路或增幅器，使用成本較高等不足，本課題組開發(fā)了基于納米碳管與樹脂基復(fù)合材料電阻式應(yīng)變片，其具有非常高的靈敏度，可以對(duì)輕微損傷或部片位置遠(yuǎn)離損傷的情況，進(jìn)行有效的損傷監(jiān)控或診斷。
　　 ②針對(duì)在實(shí)驗(yàn)過程中因設(shè)備和人為操作所引起的不可避免的誤差而產(chǎn)生的誤診，本文用有限元分析軟件模擬了結(jié)構(gòu)在動(dòng)、靜態(tài)載荷作用下的變形