基于曲率模态的空间刚架结构损伤识别的研究

应用Ansys建立空间刚架结构无损伤和有损伤的有限元模型,选取曲率模态作为损伤标示量应用于结构损伤识别。对空间三维曲率模态进行比较分析,结果表明,一阶曲率模态能够很好的对单一或多个损伤位置进行识别,且轴向曲率模态比横向曲率模态更适用于损伤识别。一阶曲率模态也可以对损伤程度进行初步判断,为探索通过曲率模态识别空间钢结构损伤提供一种可行的方法。     

AGS结构的损伤定位仿真

为了检测先进复合材料格栅结构(AG S)的损伤所在位置,提出了通过计算结构在损伤前、后模态曲率差的方法,来进行计算和分析。建立了格栅结构在有约束条件下的有限元模型,通过AN SY S中的模态分析得到模态振型位移值,计算了结构损伤前、后的模态曲率差,通过这一指标对结构的损伤进行辨识,并分析了采用多阶模态的计算效果。结果表明,通过第1阶模态振型模态曲率差的计算,可对单损伤状况做出有效的检测;对于多损伤工况,需使用前3阶模态的曲率差进行分析,才能有效检测损伤的位置。     

用摄动方法进行受损悬臂梁的模态分析

将结构的裂纹损伤用δ函数进行表达，建立了损伤条件下悬臂梁的自由振动方程。利用一阶摄动方法给出了摄动项的一般表达式，并结合δ函数的性质，获得了受损悬臂梁的特征值和模态振型的解析表达式。以一个受损悬臂梁为数值算例，计算了不同损伤条件下其模态参数的变化。分析了损伤条件对模态参数的影响，为利用动力学特性对悬臂梁的损伤监控和检测提供了理论依据。     

模态应变能在复合材料机翼结构损伤检测中的应用

以复合材料机翼结构为研究对象，采用单元模态应变能改变率作为结构损伤标识量，对损伤结构进行损伤识别仿真。应用NASTRAN有限元程序对模型进行模态分析，模态分析的结果表明，单元模态应变能改变率对不同位置和不同程度损伤都具有较强的敏感性。应用神经网络成功识别了损伤的位置和程度，指出其可行性。     

基于模态柔度曲率差的弯管结构损伤识别

为对弯管结构进行无损检测,结合有限元模拟和实验模态分析方法,对具有不同位置和程度的损伤弯管结构进行研究,计算和分析其模态柔度曲率差,探讨模态分析方法在弯管结构损伤检测中的适用性。研究结果表明：弯管结构的模态柔度具有方向性,弯管所在平面x,y方向柔度求解的模态柔度曲率差不能对弯管进行损伤识别;垂直弯管所在平面z方向柔度不仅可以对弯管进行单处、多处的损伤定位,而且可以对同一位置的损伤程度进行定量分析。     

基于曲率模态与柔度曲率的损伤识别

以含两条裂纹的两端固定梁为例,采用曲率模态差和模态柔度曲率差来检测结构的损伤。首先将梁的裂纹模拟为无质量的等效扭转弹簧,推导了裂纹梁的特征微分方程,利用边界条件和裂纹位置的连续性条件推导得到该裂纹梁的振形函数解析表达式。然后用中心差分法分别求解裂纹梁损伤前后的曲率模态值和模态柔度曲率值,利用其差值确定梁的损伤位置,进而确定损伤程度。最后讨论了曲率模态和柔度曲率对结构损伤识别的敏感性。     

损伤结构的实验曲率模态研究

为探讨基于振动模态分析的结构无损检测技术，把曲率模态应用于单向板这样的承弯结构，从理论上验证了该指标的变化是结构损伤程度和位置的函数。通过有限元数值模拟和单向板破坏实验，证明了利用该指标对判断承弯结构的损伤效果显著。该方法的进一步完善使利用振动诊断技术对大型结构进行无损检测成为可能。     

利用原点导纳检测混凝土构件损伤

为了识别混凝土构件损伤的存在、损伤位置及损伤程度,利用Matlab软件编制混凝土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模态及应变模态下的原点导纳进行了仿真计算,并将计算结果进行了分析对比。结果表明,位移原点导纳和应变原点导纳均可用于混凝土构件的损伤探测,用以确定混凝土悬臂梁损伤的存在、定位损伤,并可确定损伤程度,应变原点导纳较位移原点导纳对损伤更敏感。     

应变模态参数曲线的结构损伤位置及程度研究

对结构的损伤进行诊断和评估是健康监测系统的核心问题,而敏感的损伤指标是损伤诊断的关键,并且传统的模态参数不易识别结构的早期局部微小损伤。以悬臂梁作为研究对象,对其进行有限元分析,与实验结果进行对比。研究结果表明:频率仅能识别结构损伤存在;位移模态对局部损伤不敏感;应变模态参数对局部微小损伤非常敏感,损伤处应变值明显大于未损伤处,能非常精确地识别结构损伤的位置及程度。该实验可运用到其它复杂机械结构的早期局部微小损伤中。     

基于模态应变能比与神经网络的复合材料结构损伤辨识

从结构动力学特性入手，以模态应变能比作为表征结构损伤的标识量，对含损伤的复合材料机翼结构进行损伤辨识仿真，通过神经网络建立起损伤标识量和损伤状态之间的映射模型。仿真结果表明，模态应变能比对结构损伤位置和损伤程度都比较敏感，是一种有效的损伤标识量。神经网络可准确地识别出结构的损伤位置和损伤程度，应用于损伤识别是有效的。     

基于强迫振动响应的结构损伤识别

为了识别结构的损伤位置和损伤程度,利用结构在多个脉冲激励下的强迫振动响应数据,把结构在损伤前后的响应数据相减,并对它们的差值求曲率,最后通过ANSYS有限元软件对具有不同损伤程度的固支梁进行仿真,并对其强迫响应数据按上面方法处理后,所得结果能判断出梁损伤的位置和损伤程度的大小,说明此方法是有效的。     

基于曲率模态和小波变换的结构损伤识别方法

在结构曲率模态基础上,提出了一种基于小波变换的结构损伤检测和定位方法.利用双正交小波函数对损伤前后结构的曲率模态进行小波变换,通过损伤前后小波变换系数的变化和分布情况建立了结构损伤指标,可判定损伤存在,确定损伤位置和估计损伤程度,并通过一两端简支梁的数值模拟对该方法进行了验证.     

梁的破损对频率振型及振型曲率的影响

本文用欧拉梁振动理论，改变简支梁中某一小段的高度以模拟破损。仿真结果表明，破损对某些阶频率、振型的影响不大，对振型曲率的影响较大．用振型曲率监测简支梁的破损优于用频率或振型的监测方法。     

Damage detection of damaged beam by constrained displacement curvature

Structural damage detection technique involves the problem of how to locate and detect damage that occurs in a structure by using the observed changes of its dynamic and static characteristics. The objective of this study is to present an analytical method for damage detection by utilizing displacement curvature and all static deflection data to be expanded from the measured deflection data. Utilizing the measured displacements as displacement constraints to describe a damaged beam, minimizing the change of the displacement vector between undamaged and damaged states, and neglecting the variation between the test data and the analytical results, the deflection shape and displacement curvature of the damaged beam can be estimated, and the damage can be detected by the curvature. The validity and effectiveness of the proposed method are illustrated through comparison with the experimental results of a simple cantilever beam test.     

基于小波分析的简支梁桥损伤识别

提出了基于小波子带信号能量曲率变化的损伤识别方法。分别对完好和损伤状态下结构的振动响应进行二进离散小波变换,通过信号子带分解与重构将响应分解到不同频带,使叠加的模态响应分离。定义了信号相对能量曲率差损伤指标,利用该指标对结构的损伤进行识别定位。应用此方法对一简支梁桥进行损伤数值分析,结果表明:二进离散小波变换可以对结构振动响应中叠加的多阶模态信息进行有效分离;信号相对能量曲率差指标可以对损伤进行有效识别,且不受激励位置及荷载大小影响。最后通过模型实验验证了该方法的正确性及可行性。     

Dynamic testing of a damaged bridge

In this paper the results of a campaign of dynamic tests carried out on an existing reinforced concrete single-span bridge subjected to increasing levels of damage are presented. The deck structure consists of a slab and three simply supported beams. The damage is represented by a series of notches made on a lateral beam to simulate the effect of incremental concentrated damage. The modal parameters of the lower vibration modes were estimated from frequency response measurements obtained under harmonic excitation. The variation of natural frequencies shows an anomalous increase in the transition from one intermediate configuration to the next damage configurations. Changes in vibration modes are appreciable from the earliest level of damage. In particular, changes in modal curvature of lower modes do provide indication on the damage location.     

基于频率变化率的结构刚度非均匀退化识别

针对不利环境作用、损伤等易造成结构局部损伤且刚度退化程度不均匀的问题,以受弯梁为研究对象,从构件动力特性入手,综合考虑损伤前后的模态挠度曲率和固有频率变化,提出了基于频率变化率的刚度非均匀退化识别方法。首先,在柔度矩阵的基础上推导模态挠度曲率,通过损伤前后模态挠度曲率的改变量识别损伤位置参数,判定损伤区域;其次,对损伤区域进行节段划分,从欧拉-伯努利梁的动力方程出发建立损伤程度、损伤区域位置参数与固有频率之间的矩阵函数,实现直接利用频率值变化评估构件不同区域损伤程度。研究结果表明,该方法能很好地识别结构局部损伤位置和损伤程度,尤其是对于结构局部刚度不均匀退化的评估具有明显的优势。     

基于曲率模态的木梁损伤定量识别

为对木结构构件局部缺陷进行 有效检测,结合试验模态分析和有限元模拟方法,对含不同位置、大小和数量孔洞缺陷的木梁 进行研究,计算其第1阶位移模态振型和曲率模态,分析木梁损伤前后的曲率模态变化,探讨 模态分析方法在木材缺陷检测中的适用性。研究结果表明:曲率模态是一个对木梁损伤比较 敏感的参数,可用于对孔洞位置、大小及数量进行定量的估计;通过降低有限元模型局部单 元的弹性模量能够较好地模拟木梁损伤,有限元模态分析和试验模态分析得到的位移模态振 型及曲率模态吻合均较好,验证了模态分析对木梁无损检测是一种有效的方法。     

基于模态扩展和曲率的形变混合重构

文中提出了一种基于模态扩展和曲率的形变混合重构方法,该方法在实物和有限元模型之间存在一定误差的情况下可以适当降低形变重构的误差。首先,通过模态实验在待重构的表面上均匀选取有限个测点来获取实验模态,接着用对应的有限元模态振型列表来平滑扩展这些实验模态,之后用平滑扩展的实验模态来重构大量的应变值,为了防止求取模态坐标时出现过拟合,此处引入了正则项。然后,将应变值转化为曲率,再通过切角递推公式求得相邻点的位移增量,随后耦合单元坐标增量便可获得全场的形变。最后,通过建立有限元模型进行仿真实验验证,并将此方法的重构结果与曲率法的结果进行对比以验证其有效性。