基于模态柔度曲率的损伤检测方法

由于模态柔度对结构损伤的高灵敏性,各种基于模态柔度的检测指标在结构无损探伤NDE(Nondestructive Damage Evaluation)中应用较多,如模态柔度差、模态柔度改变率和均匀荷载面曲率差等。这些指标经应用验证都具有一定的有效性。在此基础上,采用模态柔度曲率的改变构建一种新的指标,称为模态柔度曲率差(MFC)。尽管均匀荷载面曲率差也采用曲率,但不同的是它先将模态柔度矩阵按行加起来,再求损伤前后的曲率差。而提出的模态柔度曲率差则按列计算损伤前后模态柔度矩阵的曲率差,然后挑选每列里面最大的值作为指标。采用一个简支梁和一个四跨连续梁为算例,考虑各种损伤情况,将该指标与模态柔度差、模态柔度改变率和均匀荷载面曲率差、以及振型曲率改变率等指标进行了比较,证明了模态柔度曲率差检测损伤的有效性和优越性。     

利用模态柔度曲率差识别框架的损伤

采用结构模态参数进行损伤识别是研究较早，应用较多的无损探伤检测方法。提出了一种称为模态柔度曲率差的损伤检测指标。该指标利用模态柔度，不仅比频率和振型更敏感，而且对高阶模态的依赖大为减小。此外，曲率的采用也增加了其对损伤的敏感程度。对两个框架有限元模型进行了分析，详细比较了该指标和振型曲率改变率等其它一些指标在不同的损伤分布和损伤程度下的损伤识别效果，发现模态柔度曲率差识别效果最好，结果最稳定。     

结构损伤诊断的模态柔度差曲率法

为了使损伤更加明确显示,在求得结构损伤前后的模态柔度差之后,建立模态柔度差曲率作为二维结构的损伤指标来诊断损伤。考虑多种损伤情况,对二维结构进行了数值模拟,并用不同类型的指标进行了诊断。对比结果表明,该文指标与模态柔度曲率差指标所得结果基本上是相同的,且该文方法计算工作量要小。为了弥补利用模态柔度曲率差指标在诊断三维结...     

柔度曲率法在输电塔损伤识别中的应用

在结构指纹识别方法中,基于柔度法的损伤识别方法能够较好地识别损伤所在位置及程度,在柔度法的基础上构建柔度曲率损伤识别指标及柔度矩阵曲率差损伤识别指标,并将其引入到输电塔结构损伤识别中。由于输电铁塔具有三个平动分量,所构建的两种损伤识别指标也具有三个方向分量,其在输电塔上的识别效果需要进一步分析。建立51 m酒杯型输电塔模型,分别采用两种指标对结构不同程度的单损伤及多损伤进行识别。研究结果表明,仅结构垂直方向分量的损伤识别指标能够识别结构损伤,但柔度曲率对于小损伤位置无法识别;柔度矩阵曲率差对小损伤位置也能较好地进行识别。     

框架结构损伤定位的比例柔度矩阵分解法试验研究

提出了基于比例柔度矩阵LU分解的结构损伤定位方法。该方法从结构振动响应入手,首先识别出结构前几阶模态振型和频率,构建结构比例柔度矩阵;然后对损伤前后的比例柔度矩阵差进行LU分解;最后基于U矩阵和曲率方法构建损伤指标对损伤进行定位。基于某20层框架结构进行了数值模拟损伤定位研究;并在实验室设计、建造一个6层集中质量剪切型框架模型,基于该模型分别进行了振动台试验和脉冲激励试验。模拟和试验下的单损伤和多损伤工况结果均表明:提出的方法能准确地对结构损伤进行定位。该方法只需要损伤前后测点的振动响应数据,不需要结构有限元模型,避免了复杂的结构有限元模型建模和模型修正工作;并且构建一个满足精确度的比例柔度矩阵只需要结构的前几阶低阶模态参数,而低阶参数的识别准确性相对较高,这些优点均为该方法的工程应用奠定了基础。     

斜拉桥桥面结构损伤位置识别的指标比较

以香港汲水门大桥为背景,应用高精度三维有限元模型,对斜拉桥桥面结构损伤位置识别的模态曲率指标、模态柔度指标和斜拉索张力指标进行了比较研究。主要比较了(1) 在无噪声情况下,三损伤指标对各种不同损伤情况的识别效果;(2) 三损伤指标对损伤程度的敏感性;(3) 三损伤指标的抗噪声能力。获得以下结论: (1) 曲率和柔度指标在损伤定位上对不同类型的损伤情况显现一定的互补性; (2) 同曲率和柔度指标比较,索张力指标对不同的损伤程度呈现较好的稳定性;(3) 对大多数损伤情况,柔度指标的抗噪性最好,曲率指标最差。     

基于柔度矩阵对角元素变化的起重机主梁损伤识别

国内的桥架型起重机大部分老化严重且长期服役于复杂的工况环境,在生产工作中存在巨大安全隐患,对起重机结构的损伤识别进行研究十分必要.模态柔度因其方便获取以及对损伤的敏感性等优势,成为工程应用方法研究中的关键动力学参数.本文以门式起重机简化模型为研究对象,建立有限元模型.通过降低主梁局部单元的杨氏模量以模拟损伤,从不同损伤形式的识别效果和抗噪性能上对模态柔度矩阵对角元素差值和差值曲率两种方法进行了对比研究.相比于柔度矩阵对角元素差值,差值曲率法可以明显提高损伤识别效果,但差值法比差值曲率法的抗噪性能好.     

《一种基于柔度的结构损伤定位新方法》

针对现有基于柔度变化的损伤定位方法在理论上仍存在错误定位的可能,从结构刚度矩阵与柔度矩阵的正交性出发,结合矩阵摄动理论及有限元理论,提出一种新的基于柔度变化的结构损伤指标,此方法仅需要结构的前几阶模态参数即可实现准确的损伤定位。通过一平面桁架结构的数值模拟证明该方法的有效性、优越性,该方法有望用于复杂结构的损伤定位分析中。     

基于模态柔度矩阵的结构损伤识别

基于模型修正技术的结构损伤识别方法,无需事先知晓结构的损伤位置,比仪器直接探测更具优势。模型修正大多以模态频率和振型为修正目标。然而,结构损伤对系统的模态频率和振型影响较小,采用模态频率和振型为目标的传统修正方法,难以识别出结构的损伤。为此,引入对结构损伤极为灵敏的模态柔度矩阵,研究以模态柔度矩阵为目标函数的损伤识别方法。选取某带孔的矩形长铁片为研究对象,沿其纵向等分为31块,计算模态柔度矩阵关于各等效模量相对量的灵敏度。结合灵敏度矩阵,利用实测和有限元模型间的柔度矩阵残差建立目标函数,并引入正则化方法求解目标函数的超定方程组。经过9次迭代目标函数收敛,损伤识别结果与实际值保持高度一致,从而验证该方法的正确性和实用性。     

大跨斜拉桥扁平钢箱梁的多尺度损伤分析研究

以润扬大桥斜拉桥为分析对象,提出了扁平钢箱梁结构的多尺度损伤分析方法。采用子结构方法将钢箱梁结构全尺度动力响应和细节尺度构件损伤相互衔接实现多尺度损伤分析。在此基础上对模态曲率、模态应变能、模态柔度和斜拉索索力指标的损伤识别效果进行了比较研究。分析结果表明:(1)无噪声情况下,除了模态柔度指标不能够正确识别钢箱梁腹板损伤以外,各损伤指标均能正确识别其余所有损伤工况。(2)对大多数情况,柔度指标的抗噪性最好,曲率指标和应变能指标次之,索力指标最差;(3)应变能指标和柔度指标在钢箱梁结构损伤定位上具有一定的互补性。     

泄洪激励下高拱坝损伤识别的互熵矩阵曲率法

提出一种基于泄洪激励下动响应能量进行高拱坝损伤识别的互熵矩阵曲率法,即利用拱坝损伤前后的相对响应熵矩阵,分别对其列、行进行差分求得互熵曲率矩阵,并以其对角元素作为检测拱坝结构损伤指标的新方法.该方法仅需拱坝的环境激励响应信号,不论对其单一损伤、轻微损伤,还是多种损伤,均能够定位损伤和定性反映损伤程度.通过数值模拟分析,验证了该方法检测拱坝损伤的有效性.     

连续梁结构损伤识别的改进柔度阵方法

传统柔度阵方法难以指示多跨连续梁这样一些复杂连续体结构在支撑处的损伤,提出以结构柔度阵某些自由度对应的对角元素的变化率作为损伤指示函数,对多跨连续梁结构进行更为有效的损伤识别。识别的机理是利用损伤指示函数对于单元损伤因子灵敏度矩阵的对角占优特性,产生对损伤因子分布的“覆盖效应”,从而反映出结构损伤的状态特征。文中给出有关计算公式,进行了数值模拟并比较几种状态的损伤识别结果,显示了本文方法的合理性。     

Damage identification by the eigenparameter decomposition of structural flexibility change

The use of changes in dynamically measured flexibility matrices to detect structural damage has received considerable attention during the last years. A new flexibility‐based method is proposed in this study to provide an insight to the characterizations of structural damage. The presented method makes use of the eigenparameter decomposition of structural flexibility change and approaches the damage identification problem in a decoupled manner. First, a theory is developed to determine the number of damaged elements according to the number of non‐zero eigenvalues of structural flexibility change. With the number of damaged elements determined, the localization and quantification algorithms are then developed. The proposed method is applied to three numerical examples and its efficiency is demonstrated through damage simulations. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于叠加曲率模态改变率的梁结构损伤诊断

通过理论分析证明曲率模态差指标存在两个不足:一是对曲率模态节点处损伤不够敏感,二是不能有效反映损伤程度。对曲率模态差指标进行改进,提出叠加曲率模态改变率指标,理论上克服了原指标的不足。采用连续梁算例进行对比验证,结果表明新指标能够同时反映损伤位置和损伤程度,较曲率模态差指标更加优越。最后提出了基于新指标的单元损伤因子估算方法并验证了有效性。     

钢筋混凝土梁锈蚀损伤定位与识别

通过5根带集中质量钢筋混凝土简支梁的振动测试试验,分析了钢筋锈蚀对试验梁前四阶频率和振型的影响。并对比分析了钢筋锈蚀与横向裂缝两种不同损伤对试验梁抗弯刚度的影响。最后利用振型曲率法对试验梁的损伤位置进行了识别。结果表明:利用振型曲率法可以较为准确的判断到试验梁的损伤发生位置。