基于改进鲸鱼算法和模态柔度的两阶段结构损伤识别

本文在引入两阶段损伤识别方法的基础上,结合模态柔度和鲸鱼算法,提出了一种新的结构损伤识别方法。即将损伤定位与量化损伤程度分开的损伤识别两步法。第一步,定位出结构发生损伤的位置,提出了一种基于模态柔度的新指标:叠加模态柔度差曲率(SMFC)来确定结构中发生损伤的位置。该指标的计算,首先是分别计算损伤前、后的结构模态柔度,然后对其逐行求和后,最后采用中心差分法分别计算两者的曲率并作差。同时,考虑到了对板结构的"临近效应",提出了一种削弱该效应的方法,并将其应用到新指标中。第二步,构建基于柔度矩阵的目标函数,并利用第一阶段损伤定位的结构,通过改进的鲸鱼算法来确定实际损伤程度。通过简支梁和四边简支板的数值算例来检验本文所提出方法的适用性,最后通过简支梁试验验证该方法对实际结构的有效性。     

基于损伤柔度曲率矩阵的结构损伤识别新方法

基于模态柔度矩阵检测结构损伤的指标较多,如模态柔度差、模态柔度改变率和模态柔度曲率差等,这些指标都具有一定的有效性,然而,这些指标均需要损伤前、后的柔度矩阵,对实际工程应用有一定的限制性。通过提出一种仅基于损伤柔度曲率不需要结构损伤前的信息的新指标,分别对一个简支梁和一个两跨连续梁进行数值计算。通过数值分析结果表明:不论对单处损伤、多处损伤和轻微损伤,该指标均能清楚地判定结构的损伤位置;该指标值随着损伤程度的增加而增加,能定性地反映结构的损伤程度;新指标的抗噪性能也较好。     

梁结构的损伤识别方法研究

针对桥梁结构多为简支梁和连续梁的形式,文章使用了柔度差法对粱结构的损伤识别进行了研究.文章首先分别推导了一阶振型变化率和柔度差的识别理论;然后使用ansys有限元分析软件对简支粱和连续粱进行了损伤数值模拟,并使用此两种识别指标进行损伤识别;最后比较了两种指标的识别效果.文章还对梁结构的多处损伤进行了研究.结果表明:对于...     

基于结构模态参数的两种损伤识别方法的比较

对结构的损伤识别方法进行了研究,以最容易获得的结构动态参数频率为基础。研究采用柔度差作为识别指标,对结构的损伤进行判断定位。以一简支梁为例,通过有限元数值模拟了不同程度的损伤,分别提取结构损伤前后的低阶频率。然后分别采用一阶振型指标和柔度差指标进行损伤定位。结果表明,柔度差指标优于一阶振型指标能够更好地进行损伤定位。     

基于柔度差和变形曲率的损伤定位识别方法研究

文章介绍了柔度差和变形曲率用于结构损伤识别的理论.通过对一个简支梁的仿真计算表明,两种方法均能对单个损伤单元进行定位,并随着损伤程度的增大识别愈加明显,但对于多位置损伤识别,变形曲率法比柔度差值法更精确,且不需要健康结构的信息作为基线,适合工程损伤的快速动力学检测.     

基于数据融合的张弦桁架损伤识别方法与试验研究

针对张弦桁架采用单损伤指标识别损伤位置易受到干扰甚至产生误判的问题,提出基于曲率模态差和模态柔度差曲率融合的损伤识别方法。基于D-S证据矩阵和加权平均两种数据融合准则,建立张弦桁架损伤识别的单次融合和两阶段融合识别流程。采用有限元软件ANSYS建立张弦桁架分析模型,利用减小构件截面积模拟弦杆损伤,分别采用非融合单损伤指标、单次数据融合和两阶段融合方法进行损伤识别分析。结果表明：单损伤识别指标的抗干扰能力较低,尤其对支座附近下弦杆的识别效果差;基于数据融合的损伤识别方法能够综合多种指标损伤识别结果,有效提高损伤位置识别的准确性;与加权平均数据融合准则相比,基于D-S证据矩阵准则的数据融合方法更能有效降低非损伤位置干扰,识别效果更好;两阶段融合方法效果优于单次融合方法,损伤位置的损伤概率愈发接近于1,非损伤位置的损伤概率愈发趋近于0。最后开展了一榀张弦桁架模型的损伤识别试验,通过试验验证了当所获取模态数据受到环境或测试噪声等因素影响下,文章提出的基于数据融合的损伤识别方法仍具有较好的鲁棒性,能够有效识别实际张弦桁架结构的损伤位置。但由于曲率模态差以及模态柔度差曲率难以识别损伤程度,因此文章方法仅能够提高损伤位置的识别精度。     

基于斜率模态的统一化损伤识别指标研究

提出了一种基于规则结构第一阶频率斜率模态的梁式结构损伤定位与程度识别方法.分析比较了第一阶位移模态及其斜率模态对于结构系统参数的敏感性.结合有限元模型,形成一系列以斜率模态为基础得到的统一化损伤识别指标(UDI),以该指标表现出的损伤状态在不同损伤工况下对于任意楼层损伤程度都具有稳定性,这样就避免了大型损伤特征矩阵的计算.使用UDI指标对一剪切型梁在单损伤与几种多损伤工况下进行了损伤识别与定位,并且分析实际结构与数值模型系统参数存在误差的情况下的识别效果.还考虑了减少测点布置后的损伤识别效果,且对识别误差的原因进行了分析.研究结果表明:基于第一频率斜率模态的UDI指标在具有近似数值模型的条件下,能够确定损伤位置并且可以较精确地估计损伤程度,而且识别速度快.     

基于柔度曲率曲线的结构损伤识别方法

对柔度曲率法进行了改进,提出了基于柔度曲率曲线的结构损伤识别方法。提出了结构在健康状态下的完好柔度曲率曲线这一概念,并运用最小二乘法拟合构建该曲线;在此基础之上,进一步对结构损伤的程度进行了研究,通过损伤有效面积的大小来判断结构损伤程度。最后通过简支梁的单处和两处损伤对该方法进行了数值验证。结果表明：不需结构损伤前模态参数,该方法能够对简支梁发生单处和两处损伤进行准确定位及损伤程度分析;且损伤程度正比于损伤有效面积;同一损伤程度下,单元距离跨中位置越近损伤有效面积也越大。     

结构损伤定位与定量识别方法研究

针对结构损伤问题,采用损伤定位、定量的分阶段识别方法,即利用柔度曲率改变率指标来确定结构损伤的具体位置,然后以频率改变率为输入参数构建神经网络对损伤部位进行程度识别。通过对一个简支梁的仿真计算,表明上述方法能判别损伤位置和程度,且识别精度较高。     

基于模态柔度相对变化量的结构损伤识别

介绍了支持向量机的分类算法,构造了基于模态柔度相对变化量的损伤识别指标,并将此指标作为支持向量机的特征参数进行训练和结构的损伤识别,通过对简支梁仿真计算及试验结果表明：支持向量机对结构损伤的识别有着良好的抗噪性能,该方法对梁的损伤位置有较高的识别能力。     

基于柔度差法的斜拉桥损伤识别

通过数值模拟建立有限元模型并模拟损伤,采用柔度差法对某斜拉桥算例进行损伤识别,经过数值试验的验证,损伤效果较好,证实该柔度差法可以实现对大型斜拉桥结构的损伤识别。     

基于比例柔度矩阵和改进模态曲率法的结构损伤定位研究

根据模态曲率法,并基于比例柔度矩阵,提出了一种利用平均柔度差的改进模态曲率法,结合某10层框架结构利用改进模态曲率法数值模拟损伤定位的结果,表明该改进模态曲率法能快捷简便解决柔度模态曲率法较难判断结构首尾单元损伤的问题,且保持模态曲率损伤定位的准确性。     

张弦拱桁架结构基于模态参数的损伤识别试验（英文）

张弦桁架结构是是由上部刚性拱桁架与下部柔性拉索通过中部撑杆组合而成的一种自平衡体系,具有受力合理、承载能力高、造型轻盈、跨度大等优点,被广泛应用到大跨钢屋盖结构中。但张弦桁架结构规模大、服役期限长,所处环境状况复杂,受到的荷载作用具有随机性,发生损伤的潜在危险性较大。此类结构一旦出现损伤会对结构的正常使用产生影响,甚至可能引起连续倒塌,因此研究张弦桁架结构在运营期的损伤识别具有重要的现实意义。但张弦梁结构中存在拉索、撑杆和桁架等不同类型杆件,受力机理更加复杂,其损伤识别与常规桥梁式结构或多高层建筑结构存在明显差异,目前针对张弦桁架结构的损伤识别尤其试验研究很少。因此,针对张弦桁架结构基于模态参数的损伤识别方法开展试验研究。通过对某火车站顶棚结构进行缩尺简化,设计制作了两榀张弦桁架试验模型。两榀试验模型结构尺寸相同,模型总长6 m,矢高0. 4 m,垂度0. 4 m,上部采用倒三角立体桁架,每两个节点之间由四角锥基本单元构成,结构中部均匀布置5根对称的圆钢管撑杆,下部布置直径8 mm的钢丝绳拉索,并施加2 kN预应力;试验模型一端为固定铰支座,另一端为滑动铰支座,并在结构两侧设置刚架作为受压桁架侧向支撑。两榀试验模型构件截面尺寸不同,模型1相对于模型2杆件截面尺寸较小;荷载施加情况不同,模型1未施加外荷载,模型2在模型上弦杆布置质量块模拟结构正常使用状态的荷载。试验采用不同截面尺寸杆件替换正常杆件的方法来模拟结构损伤,即通过降低截面刚度的方法来模拟杆件损伤,根据杆件截面积丧失程度定义损伤程度。试验设计了弦杆单损伤、多损伤、索撑损伤等不同程度以及不同位置的损伤工况,通过动力检测获取试验各工况前三阶模态参数:采用单点拾振、多点激励的方式进行试验,即将加速度传感器安装在桁架上弦杆件的4号节点处,然后用力锤依次对1～14号节点进行锤击,每个节点锤击激励1 min,通过动态信号采集仪采集加速度信号;根据不同工况替换相应损伤杆件,依次采集加速度信号;接着利用TSTMP模态分析软件处理加速信号,获取张弦桁架每个工况的频率与振型等模态数据,以用于之后的损伤识别分析。张弦桁架结构相对复杂,杆件繁多,可能发生损伤的部位较多,单一损伤识别方法无法一次检测出结构各部分的健康状态。因此将张弦桁架结构分为上部刚性桁架与索撑体系两部分,针对各组成部分的特点,采用基于振动模态参数的组合识别方法对张弦桁架试验结果进行分析:上部刚性桁架对结构整体频率影响较小且杆件连续,运用曲率模态差和模态柔度差曲率对其进行损伤识别;下部索撑体系杆件相对独立且单元数量相对较少,通过选取正则化频率变化率建立索撑体系频率指纹库的方法对其进行损伤识别。曲率模态差是从结构各阶模态振型入手,对结构的振型进行差分得到模态曲率,再通过计算结构损伤前后曲率模态的变化得到。模态柔度差曲率是从结构的柔度矩阵入手,由损伤前后结构的各阶振型和频率共同得到结构柔度矩阵差,再对其对角元素差分得到。上部刚性桁架进行损伤识别时,根据结构损伤前后的模态数据计算绘制曲率模态差和模态柔度差曲率曲线,曲线突变最大处判定为桁架杆件损伤位置。正则化频率变化率是从结构各阶频率入手,计算结构损伤前后的频率变化率并对其正则化得到。由于其仅是损伤位置的函数,与损伤程度无关,因此建立频率指纹库时仅需考虑每个构件的一种损伤工况,减小了样本量。索撑体系进行损伤识别时,首先建立索撑体系频率指纹库,即预先假定各种损伤工况并依据结构理论模型进行有限元分析,计算得到对应的正则化频率变化率,从而建立频率指纹库;再由实测得到的结构固有频率,计算某工况下的正则化频率变化率指标,与频率指纹库进行对比,两者最接近处判定为索撑体系损伤位置。采用张弦桁架的组合损伤识别方法分析试验数据,结果表明:1)基于前三阶频率的正则化频率变化率指标可以有效识别索撑体系的损伤。但由于索撑单元均具有对称性,因此正则化频率变化率指标无法判断对称单元的损伤情况,需要进一步验证。2)曲率模态差法和模态柔度差曲率法均能够较好地识别上部刚性桁架结构的单损伤和多损伤,但其对不同位置杆件的损伤识别效果略有不同。由于下弦杆直接与撑杆相连,受撑杆影响较上弦杆大,因此曲率模态差法和模态柔度差曲率法对上弦杆的识别效果优于下弦杆。3)曲率模态差法和模态柔度差曲率法均可以通过曲线定性判断上部刚性桁架杆件的损伤程度,损伤程度越大,曲线突变程度也越大。另外,越高阶曲线突变程度差距越小,因此应利用低阶模态数据定性判断损伤程度。4)与曲率模态差法相比,模态柔度差曲率曲线在非损伤位置突变小,曲线更稳定,受非损伤位置的干扰较少,识别效果更好。基于越多阶模态数据获得的模态柔度差曲率,其曲线在损伤位置发生的突变越明显,且基于前三阶模态数据得到的模态柔度差曲率完全可以满足损伤识别的精度要求。另外,越高阶振型数据得到的曲率模态差曲线突变越大,但其受干扰也越大,一般运用前两阶曲率模态差曲线可以得到较好的损伤识别效果。     

谈石油井架结构损伤识别的方法

综述了近几年来石油井架结构损伤识别技术的方法,包括基于固有频率变化法对石油井架结构进行损伤识别、基于柔度矩阵差值法和柔度曲率法对石油井架结构进行损伤识别和基于位移模态差值法和曲率模态差值法对石油井架结构进行损伤识别,并对各种损伤识别方法进行了评述,最后指出了对石油井架进行损伤识别过程中有待解决的问题及其发展趋势。     

网架结构损伤定位的虚拟应变能法

提出一种新的虚拟应变能法来定位具有较大识别规模的网架结构损伤.该方法基于结构损伤前后柔度矩阵变化差的奇异值分解,提取最大奇异值对应的右奇异向量,再将该奇异向量作为虚拟荷载作用于结构,从而获得结构损伤前后的虚拟位移差,进而构造各构件的虚拟应变能用于定位结构损伤.虚拟应变能越大的构件,其损伤的可能性越大.某200杆网架的数值分析表明,所提虚拟应变能法比传统损伤定位向量法具有更突出的损伤定位能力,能抵抗较高噪声的干扰,因此在具有较大识别规模的网架结构损伤定位中具有较强的应用潜力.     

基于均布荷载面变化率的桥梁损伤识别

为了利用桥梁结构的振动信息对桥梁关键部位进行损伤识别,提出以均布荷载面变化率作为损伤指标来识别桥梁损伤位置的方法。为了验证该方法有效性,采用一个简支梁有限元模型,考虑各个损伤位置与损伤程度对损伤识别的影响,将均布荷载面变化率与传统方法中的振型差和曲率模态差两个损伤指标进行了比较,数值模拟的结果表明,均布荷载面变化率的损伤新指标与振型差和曲率模态差两个传统指标相比,具有良好的损伤识别效果。     

梁结构损伤检测的一种方法

提出了一种用于梁结构损伤检测的方法。首先利用损伤前后结构柔度矩阵的改变来确定损伤发生的位置,再使用频率灵敏度法来计算损伤程度。以简支梁为例验证了该方法,结果表明:该方法是可行的,能够用于工程实践中。     

基于神经网络和柔度曲率的简支梁损伤识别

将神经网络和柔度对角曲率结合起来,得到一套简支梁智能损伤识别方法,对一经典简支梁模型进行了损伤识别,并且在损伤单元数量未知情况下,准确识别出了其损伤位置和损伤程度。     

组合参数的支持向量机在结构损伤识别中的应用

提出一种由固有频率和模态分量构成的组合参数作为支持向量机输入向量的方法.文章首先论述支持向量机的基本原理与方法,介绍了一些相关重要概念,然后用固有频率法、动柔度法和组合参数法分别对一个简支梁结构的损伤(包括单损伤和多损伤)进行研究分析.通过比较,表明组合参数法比单一参数法有更好的识别效果,克服了单参数法在识别损伤时精度差的缺点.     

基于曲率的单跨梁损伤定位新指标

现有的基于曲率进行损伤识别的方法一般都需要同时利用结构在损伤前、后的状态信息,但对于大部分实际梁结构,完好状态下的状态信息往往已不可获取。为此,提出基于曲率的新指标——相邻差分曲率差值,对它在单跨梁损伤定位中的应用进行研究。该指标不需要结构在完好状态下的信息,而且对测点处及其附近出现的损伤都可以识别出来。给出新指标的应用方式以及提高鲁棒性的3种方式。算例证明,新指标不仅适用于理想的简支梁,也适用于支座支承的单跨梁。