基于响应的梁损伤识别

采用扭转弹簧模拟悬臂梁的损伤，导出了损伤梁位移模态和转角模态的近似公式，获得了损伤梁在单点激励下，零初始条件的位移和转角响应。发现损伤梁的转角响应在损伤处发生阶跃变化，而损伤梁的转角响应对位置的一阶偏导数在损伤处有脉冲两数型突变的特点，从而提出了基于损伤梁转角响应的损伤判据函数。通过对损伤梁和损伤桁架结构的数值模拟，表明提出的判据函数不仅可以利用简谐激励下的响应识别梁的损伤，电可以利用冲击激励下的响应识别桁架的损伤。实验结果表明利用所提出的判据函数，可以同时判别损伤的位置和损伤的程度。     

利用振动响应的多种结构损伤识别方法比较

利用梁结构的不同模态参数(位移模态、转角模态、曲率模态)开展了梁结构裂纹萌生阶段的小尺度损伤识别方法的研究。首先,通过振动响应计算两跨简支梁的位移模态、转角模态以及曲率模态。其次,结合连续小波变换多分辨率和奇异性分析特性,计算3种模态参数变换后的小波系数,以辨识结构模态参数的奇异性。再次,通过对数值仿真数据加入不同程度随机噪声的方法来对比分析各方法对于结构损伤的识别效果。最后,通过实验测试数据分析各模态参数的损伤识别方法对于实际结构损伤识别的效果。结果表明,基于3种不同模态参数的损伤识别方法均能对小尺度的结构损伤进行定位,但各方法的抗噪性能不同,转角模态的抗噪性能最好,而位移模态次之,曲率模态较差。实验结果显示利用转角模态参数的损伤识别效果较好,而根据位移模态与曲率模态参数的识别效果相近,但曲率模态参数方法在较小损伤处的识别结果更容易被干扰。这为在工程实际中根据环境及振动响应特点进行损伤识别参数的选取提供了一定参考。     

基于小波奇异性的梁结构损伤诊断

利用小波奇异性检测原理,采用墨西哥草帽小波对结构在健康和损伤状态下的模态振型差进行小波变换。根据模态曲率进行损伤检测的原理,提出了表示损伤位置的指标,指标值极大处即损伤发生的位置。以一个悬臂梁损伤检测为例,进行了数值模拟和实验分析。数值模拟结果表明该指标能准确的对损伤位置进行诊断,并根据指标模极大,讨论了Lipschitz指数与损伤程度的关系。     

基于新型振型函数的渐细变截面悬臂梁的自由振动理论与实验研究

该文基于超几何函数和Meijer-G函数的线性组合构建了一种新的变截面悬臂梁的模态函数,该振型函数具有实系数、无近似、精度高等优点。该文分两个步骤验证该振型函数的有效性和精确性:第一步,证明该振型中的自由基频及模态函数形状的准确性;第二步,验证该振型函数在研究变截面梁非线性振动时的效果。第一步中,自由基频及归一化后模态函数形状的理论解、有限元解、有限元半解析解及实验的对照结果精度较好。第二步中,将模态函数代入变截面悬臂梁非线性振动的控制方程,得到了伽辽金截断后的常微分方程的弯曲非线性系数及惯性非线性系数,随后用能量平衡法得到了非线性自由振动时的幅频响应,最后用实验验证了该幅频响应。结果显示,激光位移传感器测得梁上的一个靶点的位移-时间历程图和用振型函数加幅频响应的理论解的预测值吻合,说明了该文方法在预测变截面悬臂梁非线性振动时变形情况的准确性。     

基于工作应变模态损伤识别方法的试验研究

首先介绍了笔者近几年提出的工作应变模态频域识别方法、基于损伤应变模态差分原理的损伤位置直接指标法、基于局域应变模态面积的损伤程度直接指标法。为了验证所提方法,开展了悬臂梁多损伤物理模型试验及数值仿真计算分析,结果表明,利用该方法识别出的工作应变模态与锤击激励下的应变模态形状相似。初步验证并完善了损伤位置、损伤程度直接指标法。位于损伤处的损伤位置直接指标值远大于非损伤处指标值,识别出的损伤位置与实际损伤位置一致;同一损伤量下的损伤程度指标值变化不大,与损伤位置、模态阶数、是否归一化无关;对于多损伤结构,只要损伤间距大于影响区范围,损伤位置、损伤程度即可按单损伤方法确定。     

基于频响函数虚部的梁结构损伤检测

提出了基于频响函数虚部的梁结构损伤检测方法,依据模态曲率提出了判别损伤的指标CIFF。该指标仅需要利用结构损伤后的随机振动响应信息,避免了需要获得结构未损伤前的模态信息的弊端,并且该方法在一定程度上考虑了系统误差与噪声干扰。通过一钢质悬臂梁的动力试验,验证了该方法对判别梁结构单裂缝损伤和多裂缝损伤的有效性。结果表明,该方法不仅能检测出损伤的位置,并且能表征损伤的程度。对于实际工程中的梁结构损伤检测研究具有一定的意义。     

受单点横向非定常约束梁的响应分析

为研究梁上任意一点受横向非定常约束的稳态响应问题。提出直接使用第一类拉格朗日方程与欧拉-伯努利梁理论建立梁的动力学方程,从而可以使用简单边界下梁的模态函数表示约束作用于任一位置时的梁的响应;以约束为谐波函数为例推导了梁响应的解析表达式,并通过算例验证了该方法的正确性。研究结果表明:受单点横向非定常约束梁的共振频率与非定常约束作用点的位置相关;共振时各阶模态频响会同时达到峰值,模态频响曲线呈现多峰值特征;而在各阶主频附近,对应阶模态响应没有明显的峰值,而其余阶模态响应会达到极小值;利用求解响应峰值频率比计算公式,得到非定常约束作用位置与梁动态响应峰值和极小值之间关系的解曲线;对解曲线的分析表明:当非定常位移约束作用在模态函数零点位置时,模态频响曲线会发生峰值与极小值合并的现象。     

模态试验在梁损伤诊断中的应用研究

针对位移模态参数对结构损伤欠敏感，应用应变模态试验技术诊断结构损伤位置和程度。根据模型梁试验，重点比较研究损伤对位移模态、应变模态影响规律及其灵敏程度。得出应变模态对非节点损伤非常敏感，在损伤处附近发生突变，应变值分布也有较明显改变，尤其是跨中损伤第一阶、四分之一跨损伤第三和第二阶。     

应振型损伤特征量在混凝土结构损伤诊断中的应用

为检测混凝土构件损伤的出现、损伤位置及损伤程度，本利用位移振型特征量推导了相应的应变振型特征量，并利用Matlab软件编制了混凝土悬臂梁的有限元振动计算程序，对混凝土悬臂梁在发生损伤前后的位移和应变振型特征量进行了仿真计算。结果表明，位移和应变振型特征量均可确定混凝土悬臂梁上存在的损伤，并可确定损伤位置。应变振型特征量较位移振型特征量对损伤更敏感，可用于混凝土构件的损伤检测。     

基于转角模态小波分析的弹性地基梁损伤识别研究

基于转角模态小波变换研究了带刚度下降段的弹性地基梁损伤识别问题,提出了采用文克尔地基力学模型,用等效刚度代替梁内损伤段的刚度,通过有限元计算求解损伤梁的转角模态参数,来识别梁内刚度下降段位置的方法.以两端简支弹性地基梁为例,分别考虑了梁单独损伤、弹簧单独损伤、梁和弹簧同时损伤且损伤位置不同的三种情况,通过建立带损伤段梁的有限元模型,用Lanczos法对结构的转角模态进行了计算分析;再应用mexh小波对其进行连续小波变换,通过小波系数模极大值点判断梁内刚度下降段的位置.数值算例验证了方法的有效性,研究对工程结构损伤诊断的应用具有参考价值.