基于模態(tài)模型的機械結(jié)構(gòu)損傷檢測與定位.pdf

1、近代機械、冶金、能源、航空航天、運輸、建筑等工業(yè)部門的各種裝備與設(shè)施不斷向大型、高效與自動化方向發(fā)展，單臺裝備與單項設(shè)施所創(chuàng)造的價值或相關(guān)效益愈來愈大，于是機器運行或設(shè)施工作的可靠性與安全性受到日益增長的關(guān)注。機器與工業(yè)設(shè)施中的零部件、結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)組件的損傷與失效將危及其安全、可靠地工作，甚至釀成人員傷亡的重大事故。因此，機器、裝備與建筑設(shè)施在運行或工作狀態(tài)下的健康監(jiān)測以及結(jié)構(gòu)早期損傷的定量檢測就是十分重要的問題，相應(yīng)的技術(shù)日益受到國內(nèi)

2、外研究者廣泛關(guān)注。
　　 本文研究機械裝備運行過程中基于振動響應(yīng)數(shù)據(jù)的模態(tài)模型與參數(shù)辨識、損傷檢測與準確定位問題。模態(tài)模型描述機械結(jié)構(gòu)的固有動態(tài)特性，結(jié)構(gòu)損傷將導(dǎo)致模態(tài)參數(shù)的變化。因此，監(jiān)測機械設(shè)備運行過程中結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的變化，可以檢測結(jié)構(gòu)損傷的發(fā)生與發(fā)展。這里,模態(tài)參數(shù)通過基于僅為振動響應(yīng)數(shù)據(jù)的工作模態(tài)分析得到，并假設(shè)輸入(工作激勵)為白噪聲。但設(shè)備的工作激勵往往不是高斯分布的白噪聲，例如可能是含有某些諧波成分的有色噪聲，甚至

3、是頻譜成分復(fù)雜的特定噪聲,從而導(dǎo)致工作模態(tài)分析的不確定性。本文研究了當某一階固有頻率與諧波頻率接近或遠離的情況下，諧波成分對識別的模態(tài)參數(shù)的影響,以及如何處理諧波模態(tài)。
　　 本文在工作激勵不含有諧波成分的一般情況下，分析與對比了現(xiàn)有的主要工作模態(tài)分析方法的特點與問題，研究了采用時域響應(yīng)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)辨識方法。為保證參數(shù)辨識精度，對參考點的選擇進行了實驗研究。
　　 本文提出了由工作模態(tài)分析得到的模態(tài)模型實現(xiàn)損傷檢測

4、與定位的一種方法。隨著工作時間的增長或發(fā)生突發(fā)事件，機械結(jié)構(gòu)可能發(fā)生局部損傷。由于損傷的發(fā)生，工作模態(tài)分析得到的模態(tài)參數(shù)將發(fā)生變化，根據(jù)各個階段模態(tài)參數(shù)的變化情況，確定損傷的發(fā)生并定位。通過監(jiān)測損傷結(jié)構(gòu)頻率對完好結(jié)構(gòu)相應(yīng)點的偏移，快速檢測結(jié)構(gòu)的損傷。這個過程是自動進行的，從而實現(xiàn)在線自動辨識。研究了頻響曲率理論及其損傷識別的原理，提出了頻響曲率計算的改進方法，通過此方法和主元分析的結(jié)合，實現(xiàn)了損傷區(qū)域的確定。在發(fā)生損傷的局部位置或子構(gòu)件