基于結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的損傷識(shí)別方法研究.pdf

1、基于結(jié)構(gòu)振動(dòng)信息的損傷識(shí)別是近年來國內(nèi)外土木工程結(jié)構(gòu)損傷檢測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。針對(duì)基于振動(dòng)的損傷識(shí)別方法熏待解決的問題，報(bào)告對(duì)梁結(jié)構(gòu)，提出了減少對(duì)早期資料依賴的損傷識(shí)別方法；對(duì)各類梁結(jié)構(gòu)、平面或空間桿系結(jié)構(gòu)，提出了更加敏感而且能準(zhǔn)確測量的損傷判別指標(biāo)；開展了相應(yīng)損傷識(shí)別方法數(shù)值模擬技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)編制了相應(yīng)損傷識(shí)別方法的通用計(jì)算程序，驗(yàn)證了所提出的這些指標(biāo)不會(huì)誤判及漏判。主要研究內(nèi)容和成果如下： 1．柔度是較頻率和位移模態(tài)更敏感的

2、結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別標(biāo)示量。指出利用結(jié)構(gòu)柔度矩陣最大列元素的柔度曲率(MFC)對(duì)懸臂梁進(jìn)行損傷定位的依據(jù)，提出對(duì)非懸臂梁(如固端梁、簡支梁以及連續(xù)梁)以損傷結(jié)構(gòu)柔度矩陣主對(duì)角元素的柔度曲率(DFC)作為檢測結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)的新方法。數(shù)值算例表明，無需原始結(jié)構(gòu)的信息，針對(duì)不同形式的梁構(gòu)造不同柔度曲率指標(biāo)，僅用損傷結(jié)構(gòu)少數(shù)低階的模態(tài)參數(shù)，就可以分別對(duì)非懸臂和懸臂等各種支承形式的梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷定位識(shí)別。利用本文方法求得的柔度曲率曲線形狀既能識(shí)別單個(gè)損傷的

3、存在，也能識(shí)別多個(gè)損傷的位置，具有定位和識(shí)別精度高、簡便易行等優(yōu)點(diǎn)，并能定性地反映損傷程度。 2．提出利用基于損傷結(jié)構(gòu)模態(tài)的柔度矩陣，應(yīng)用先后對(duì)其行、列兩次差分，來計(jì)算柔度曲率矩陣，從中找到各列最大值(FCM)，作為檢測結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)的新方法。該法無需原始結(jié)構(gòu)的信息，只需損傷結(jié)構(gòu)少數(shù)低階的模態(tài)參數(shù)就可以進(jìn)行懸臂梁、固端梁、簡支梁以及連續(xù)梁等多種結(jié)構(gòu)形式的損傷識(shí)別，既能識(shí)別單個(gè)損傷的存在，也能識(shí)別多個(gè)損傷的位置，具有定位準(zhǔn)確、適用面

4、廣、識(shí)別精度高，并能定性反映損傷程度的優(yōu)點(diǎn)。 3．提出利用損傷前、后結(jié)構(gòu)的柔度矩陣，先后對(duì)其行、列差分，求其柔度差曲率矩陣，并以其對(duì)角元素(δ FCMD)作為檢測結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)的新方法。該法僅需低階模態(tài)參數(shù)即可進(jìn)行損傷檢測，不論對(duì)簡支梁、懸臂梁、固支梁，或多跨連續(xù)梁，單一位置損傷、支撐處損傷、輕微損傷，還是多種損傷共存，均具有損傷定位的能力、并能定性反映損傷程度。通過與已有的柔度差、柔度變化率、均勻荷載面曲率差等柔度指標(biāo)的數(shù)值模擬

5、分析研究，展示了該指標(biāo)檢測損傷的有效性和優(yōu)越性。 4．在結(jié)構(gòu)損傷的早期階段，損傷往往集中發(fā)生在少數(shù)單元。從桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)出發(fā)，利用基于兩節(jié)點(diǎn)空間鉸接桿單元的有限元法，由節(jié)點(diǎn)模態(tài)位移推導(dǎo)出單元模態(tài)應(yīng)變，提出采用損傷結(jié)構(gòu)前后的單元模態(tài)應(yīng)變差作為桁架結(jié)構(gòu)損傷定位的動(dòng)力指紋，建立了一種基于單元模態(tài)應(yīng)變的桁架結(jié)構(gòu)損傷定位方法。數(shù)值算例分析表明，該方法能在只有一階模態(tài)測試結(jié)果的條件下，對(duì)單處或多處損傷、支撐處損傷、輕微或嚴(yán)重?fù)p傷，還是多

6、種損傷共存等不同損傷狀況的平面靜定、超靜定桁架和簡支、懸臂桁架以及鋼桁架、非鋼桁架結(jié)構(gòu)，均具有損傷定位的能力；并能根據(jù)損傷單元模態(tài)應(yīng)變的差值大小來確定出損傷程度；即使在一定噪聲水平下仍具有較強(qiáng)的識(shí)別能力，有望用于在實(shí)際觀測條件下對(duì)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷定位。 5．對(duì)具有一定程度損傷的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來說，常規(guī)的結(jié)構(gòu)有限元分析或?qū)嶒?yàn)?zāi)B(tài)分析得到的模態(tài)位移和頻率難以有效地反映結(jié)構(gòu)的損傷狀況。為了提高診斷效率與診斷結(jié)果的可靠性，根據(jù)空間桿系結(jié)構(gòu)的受