基于递归矩阵奇异熵的损伤识别方法

对递归图方法在土木工程结构损伤检测中的适用性进行研究,对环境激励的结构响应信号采用多变量融合的方法,并扩展到高维相空间中,研究信号在高维空间中临近点的分布规律和运动特点,采用递归图理论,结合奇异熵理论提出一个新的递归量化指标——递归矩阵的奇异熵,将其作为损伤敏感特征指标,用于结构的损伤识别。数值算例验证了该指标的有效性     

环境激励下基于奇异谱互熵的结构损伤诊断方法

环境激励下的结构响应是一个随机过程,结构发生破损时其响应将随之变化,因而可将描述随机过程特性的参数作为评判结构状况的指标。熵是测量随机过程不确定性的一个比较方便的方法,能够用于高斯及非高斯分布的情况。在相空间重构与奇异值分解的基础上建立了奇异谱互熵的概念,提出了一种环境激励下用奇异谱互熵诊断结构损伤的方法。以ASCE学会提出的基准结构为对象进行研究,利用NExT技术获得响应,采用伪邻近法确定相空间的嵌入维数,讨论了不同工况及噪声对诊断结果的影响,分析结果验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

复合材料梁结构损伤定位的无参考点互相关分析方法

改进了基于互相关函数的损伤检测方法,不需要定义参考点就可以对复合材料梁结构的损伤进行定位。首先采集完好结构各测点的两组加速度响应,一组作为参考响应,另一组作为其特征响应;当结构发生损伤后,采集损伤结构各测点加速度响应作为其特征响应,分别计算完好结构及损伤结构的特征响应与参考响应间的互相关函数;以各测点响应互相关函数最大值在结构完好与损伤之间的相对变化作为损伤指标,对不同测点间的损伤指标进行差分处理,获得相应的损伤定位指标以定位损伤。针对蜂窝夹层复合材料梁单位置损伤和多位置损伤的损伤检测实验表明,该方法仅利用各测点在随机激励下的振动响应信号便可以准确定位损伤。     

基于互相关函数幅值向量和小波变换的复合材料结构损伤检测

提出了一种基于互相关函数幅值向量(Cross correlation function amplitude vector,corV)和连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)联合检测损伤的方法.选取双正交小波函数,首先计算随机激励下完好结构和损伤结构的互相关函数幅值向量,再分别对其进行连续小波变换,根据损伤前后小波系数的变化来检测结构的损伤,并以小波系数差的模最大值作为损伤指标来进行损伤定位.该方法无需对结构建模,仅需获取结构损伤前后的时域响应信号.通过对带有不同位置分层损伤的复合材料层合梁和层合板损伤检测的数值仿真,验证了用该方法检测复合材料结构分层损伤的有效性.     

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。     

一种基于奇异谱熵和脉冲响应的结构损伤诊断方法

根据结构振动响应的行为会随结构状况的变化而改变的原理,提出了用奇异谱熵作为指标来评价结构状况的方法.采用脉冲响应序列重构相空间,在相空间中通过奇异值分解得到奇异谱熵,由熵的变化来判断结构损伤的发生.该方法直接利用结构响应,无需建立结构模型,减少了建模误差.为了抑制噪声对诊断结果的影响,引入循环移位树降噪技术进行降噪处理,分析了相空间维数、激励点和测点对奇异谱熵的影响.以ASCE学会提出的基准结构为对象,应用该方法对受脉冲激励的结构进行了损伤分析,结果表明该方法是有效的.     

基于随机振动响应互相关函数的结构损伤识别试验分析

提出了基于结构振动响应互相关函数分析的损伤识别方法。通过八层剪切型钢框架结构模型在模拟白噪声随机激励作用下的试验分析,利用相邻测点响应的互相关函数幅值向量变化,构造损伤识别因子进行结构损伤判定、定位及程度量化,结果表明该方法对结构损伤的识别具有很好的简易性及有效性,并为结构在线监测和分散式检测提供方法参考。     

基于柔度差曲率矩阵的结构损伤识别方法

柔度是较频率和位移模态更敏感的结构损伤标示量。提出利用结构损伤前、后的柔度矩阵,先后对柔度矩阵差的列、行进行两次差分,求得柔度差曲率矩阵(δFlexibility Curvature Matrix),并以其对角元素作为检测结构损伤指标(δFCMD)的新方法。该方法仅需低阶模态参数即可进行损伤检测,不论对简支梁、悬臂梁、固支梁,或多跨连续梁,单一位置损伤、支撑处损伤、轻微损伤,还是多种损伤共存,均具有损伤定位的能力、并能定性反映损伤程度。通过与已有的柔度差、柔度变化率、均匀荷载面曲率差等柔度指标的数值模拟分析研究,显示了该指标检测损伤的有效性和优越性。     

白噪声激励下的复合材料层合结构损伤检测的内积向量法

利用白噪声激励下结构各测点的动力学响应之间的互相关函数,引入了内积向量（Inner Product Vector,IPV）的概念,提出了应用内积向量进行结构损伤检测的方法,并分析了测试噪声对基于内积向量的损伤检测方法的影响。通过对复合材料层合梁的分层损伤检测仿真算例,验证了该方法检测损伤的有效性以及较高的抗噪能力。     

基于加速度二次协方差矩阵参数变化比法的环境振动下结构损伤识别

在白噪声环境激励下,结构加速度响应的自相关/互相关函数构成一个新的二次协方差（CoC）矩阵,组成这一协方差矩阵的元素经证明是结构模态参数（频率、振型、阻尼）的函数;与提取模态参数的一般损伤识别方法相比,二次协方差矩阵包含结构振动的更多和更高阶模态信息。本文利用结构损伤前和损伤后的二次协方差（CoC）矩阵参数的变化比,对只基于振动输出的、环境振动下的结构进行损伤识别。对一个七层框架结构模型进行了数值模拟,首先对不同噪声程度、不同损伤位置和程度的损伤结构进行损伤定位,再结合模型修正法,对结构损伤程度进行识别,展示了该方法的有效性。     

基于HVD包络谱瞬态能量曲率的井架钢结构损伤识别

针对复杂工作环境下井架钢结构损伤识别问题,提出了一种基于希尔伯特振动分解(HVD)包络谱瞬态能量曲率的井架钢结构损伤识别方法。已知非平稳、非线性的复杂信号,利用结构低阶信息,利用HVD法将其分解为拥有缓慢变化多个信号分量之和,选取主分量提取信号特征;对于井架钢结构损伤识别,利用HVD法提取振动信号的损伤特征,将HVD包络谱瞬态能量曲率作为损伤敏感指标;计算井架钢结构振动信号包络谱瞬态能量曲率完成损伤识别,以ZJ70井架钢结构为例,通过损伤识别仿真计算,得出该指标对井架钢结构损伤敏感,能够准确识别单损伤和多损伤位置;将该方法应用于ZJ70井架钢结构实验模型,成功地识别了单损伤和两损伤,验证了该方法的可行性和准确性。     

Failure analysis method of concrete arch dam based on elastic strain energy criterion

The arch dam is a type of massive water-retaining structure made of concrete. The overall failure mechanism and corresponding analysis criterion are key issues of concern in the dam engineering field. In this paper, the energy evolution of arch dams in the failure process is studied first, which can be decomposed as energy dissipation accompanied by concrete damage and elastic strain energy absorption and release during elastic deformation. An evaluation criterion for failure analysis of concrete arch dams is then established based on elastic strain energy. An orthotropic damage constitutive model for dam concrete is then proposed along with its numerical simulation method, which is established for structural failure analysis. Numerical simulations show that the elastic strain energy in elements increases with increasing overload safety coefficient and finally converges to the concrete material surface energy, at which time the locally plastic damage area develops rapidly and finally leads to cracking failure of structures. The proposed failure analysis criterion for concrete dams under integrated loads is suitable for analyzing dam instability failure, which has great operability and value in engineering applications in the future.     

基于HHT-RDT算法的高拱坝泄流结构工作模态识别方法

根据高拱坝泄流结构自身的工作特点,为准确辨识环境激励下的结构模态参数特征,提出了一种基于改进的HHT-RDT算法的高拱坝泄流结构工作模态识别方法。以某高拱坝原型振动响应测试资料为基础,利用改进的小波阈值-EMD算法对原始信号进行降噪预处理,滤除干扰噪声的同时保留有效特征信息;采用HHT-RDT算法识别高拱坝泄流结构的工作模态参数,运用带通滤波对振动响应信号的EMD过程进行控制得到结构的各阶模态分量,利用RDT法提取各阶模态分量的自由衰减信息,识别出高拱坝泄流结构系统的固有频率及阻尼比。工程实例表明,该方法避免了复杂系统定阶过程,有效提高结构振动响应工作模态识别精度,为辨识高拱坝泄流结构的工作模态参数提供捷径。     

结构振动模态截断的能量判据

通过在结构状态响应向量空间中定义一个函数，并证明该函数数学实质为范数、物理意义为结构能量；建立了模态截断的能量判据，从理论上证明了该判据的收敛性；以高拱坝结构在地震荷载作用下的模态截断为例，计算结果表明：(1)由于能量判据为标量，因此计算收敛性易于实现；(2)由能量判据作出的模态截断能够提高结构振动分析的精度；(3)对于高拱坝，由于其频率密集，应取10阶以上乃至更多模态进行分析。     

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。     

Seismic analysis of arch dams—a continuum damage mechanics approach

In this paper, the non‐linear seismic response of arch dams is presented using the concept of Continuum Damage Mechanics (CDM). The analysis is performed using the finite element technique and appropriate non‐linear material and damage models in conjunction with the α‐algorithm for time marching. Because of the non‐linear nature of the discretizied equations of motion, modified Newton–Raphson approach has been used at each time step. Damage evolution based on tensile principal strain using mesh‐dependent hardening modulus technique is adopted to ensure the mesh objectivity and to calculate the accumulated damage. The methodology employed is shown to be computationally efficient and consistent in its treatment of both damage growth and damage propagation. As an application of the proposed formulation, a double curvature arch dam has been analysed and the results are compared with the solutions from linear analysis and it is shown that the structural response of arch dams varies significantly in terms of damage evolution. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于多个响应量的拱坝地震易损性分析

以白鹤滩拱坝为研究对象,选取成组强震记录,同时考虑地震动和材料的不确定性,采用增量法对白鹤滩拱坝进行了地震易损性分析。统计连续调幅地震动作用下拱坝损伤破坏过程,直观的划分了拱坝地震破坏等级,确定了拱冠位移、横缝开度和损伤体积比这三个响应量在各破坏等级间的界限值,从而可通过这三个响应量定量描述拱坝的破坏等级。通过拟合增量动力分析结果,分别建立了三个响应量的概率地震需求模型,进而求得地震易损性曲线,并综合比较了不同破坏等级下基于三个响应量的易损性曲线,全面反映了拱坝易损性。利用易损性曲线可以预测不同强度地震作用下拱坝达到各级破坏的概率,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供了理论依据。     

浆砌块石拱坝爆破振动响应有限元时程分析

浆砌块石拱坝的振动效应具有砌体结构和拱形结构的双重特征,通过振动速度和频率判据来评价大坝的安全性有一定局限性.通过引入混凝土损伤塑性模型,同时考虑拱坝的固有特性及振动持时,采用实测振动速度作为边界条件输入的方法,对爆破振动影响下的浆砌块石拱坝进行有限元时程分析,研究了大坝在爆破振动作用下的位移和损伤特性,为类似工程的安...