基于频率及振型参数的结构损伤识别方法

本文对基于结构模态参数的损伤识别方法进行了深入探讨,对一种传统的基于频率变化的结构损伤识别方法进行了分析改进,并建立了一种新的基于频率和振型参数的结构损伤识别方法。通过数值仿真证明传统的基于频率变化的结构损伤识别方法的单步识别精度随单元刚度损伤程度的增加而降低,提出此类方法宜设计成迭代算法,数值仿真结果表明本文的修正建议是合理有效的。针对有损结构前几阶固有频率和对应的模态位移可供利用的情况,提出一种基于广义逆的损伤识别方法,数值仿真结果证明了该方法的有效性。     

用模态参数估计剪切型建筑的损伤

提出了一种利用不完整模态多数估计结构损伤的方法。不完整模态体现在模态数少于自由度数，测点数少于自由度数。通过不完整模态参数建立了完整的剪切型模型，然后利用结构变化后产生的广义残余力来估计结构的损伤。该方法的优点：（１）不仅可以估计刚度损伤还可以估计质量的变＊化；（２）利用的是不完整模态。最后用该方法对一个结构模型的振动台试验的结果做了分析。     

异形桥梁损伤识别方法及参数影响分析

针对现有异形桥梁结构损伤识别方法的局限性和参数影响的不确定性,本文首先详细分析了损伤程度、传感器数量和模态阶次等参数对损伤识别指标(振型差、模态曲率差、模态柔度差及其曲率)的影响效果,确定将模态柔度差曲率作为识别指标。其次,提出异形桥梁两阶段损伤识别方法,在采用模态柔度差曲率实现损伤定位基础上,基于遗传算法优化支持向量机对损伤程度进行准确识别。损伤识别结果验证了该方法的有效性和准确性。     

一种基于小波的结构损伤识别方法研究

各类复杂结构在其服役期内,由于受到设计荷载以及各种其它突发因素的作用,使结构发生损伤,从而威胁整个结构的安全。为了保证结构的安全和减少结构的维护成本,采取有效方法对现役的工程结构进行损伤识别工作就显得尤为必要和迫切。本文通过小波变换方法提取模拟响应信号的模态频率,以达到对结构进行损伤识别的目的。模拟结果显示,基于小波变换的结构损伤识别方法将信号变换到时间—频率空间域上,较以往仅在时间或频率域识别方法更能准确地识别结构的模态频率。     

基于特征解统计特性的桥梁损伤识别

提出了一种用灵敏度矩阵识别桥梁损伤的方法。该方法在求取模态参数对结构物理参数灵敏度矩阵时采用基于振动分析的矩阵摄动理论,避免了求解过程中的偏微分计算,因此更容易形成结构灵敏度矩阵。为了评定此桥梁损伤识别方法的稳定性,在模态参数带有一定的随机误差的情况下,分析了这种桥梁损伤识别方法的结构物理参数的统计特性。最后以一简支钢筋混凝土桥梁为例,证明了该方法的有效性、实用性和稳定性。     

现役结构桩基小损伤高精度识别

为了实现对在役结构桩基小损伤高精度识别, 根据桩基损伤后的振动特征微分方程, 建立由模态损伤灵敏度因子、单元损伤因子、单元模态应变能组成的结构损伤识别方程.在应用模态损伤灵敏度因子选择高效损伤识别模态的基础上, 应用损伤前后应变能的变化和小波分析技术对桩基的小损伤进行精确损伤定位识别.在损伤定位识别的基础上, 应用损伤识别方程对桩基的小损伤进行损伤程度诊断.应用本文所提出的方法对SF-1灯塔桩基进行损伤数值模拟识别, 识别误差小于5%, 验证了该损伤识别方法具有较高识别精度.最后应用该方法对在役BHX-12平台的桩基损伤进行识别, 识别结果和实际损伤比较吻合.     

基于应变模态变化率的弯曲薄板结构损伤研究

以应变模态变化率作为识别参数,以弯曲薄板为研究对象,采用改变单元厚度的方法模拟结构损伤,应用有限元对结构进行模态分析和瞬态分析.模态分析获取板结构应变模态,以对称位置应变模态变化率的改变确定损伤,以改变值的差值大小判断损伤程度;瞬态分析以单元处应变模态变化率突变值,作为损伤定位和损伤程度判断.结果表明:应变模态改变率对于结构的损伤的敏感性强,易于定位.在此基础上给出了通过模态变化率直方图进行损伤识别定位的新方法,与应变模态的损伤识别方法比较表明验证该方法是有效的.     

空间杆系结构的单元分组及统计损伤识别方法

提出一种基于应变模态的空间杆系结构统计损伤识别方法。为了减少待识别单元的数量，根据相似度对所有单元进行分组，从而将结构的损伤识别分两步实行：首先识别出所有可能损伤单元的范围，然后再进行结构损伤的定位和损伤程度的估计，其中，对于较深程度的损伤，采用应变模态的修正摄动矩阵，最后采用数值仿真分析进行了验证。     

框架结构损伤识别的试验研究

结构损伤识别是开发结构安全监测系统中的一个重要课题。由于结构频率测试容易测试并且有较高的测量精度,因此成为损伤识别中广泛应用的模态参数。根据模态频率的灵敏度分析,本文提出了一种基于结构损伤前后频率变化测量的损伤参数识别方法,用于确定结构的损伤位置和损伤程度。多种工况的框架结构模型的损伤试验结果表明:对于层间剪切结构,通过结构频率变化率法可以确定结构的损伤位置和损伤程度。     

基于小波变换的结构损伤诊断研究

以对结构局部特征变化比较敏感的应变模态为基础，采用小波变换理论进行结构损伤定位及损伤程度的定量研究，通过小波变换的模极大值确定损伤位置，根据李氏指数表征奇异性大小的特性建立了与损伤程度之间关系。数值模拟表明，小波变换的损伤识别方法不需要损伤前结构的信息，通过模极大值及李氏指数进行损伤定位及定量识别结果精确可靠，为工程实践提供理论基础。     

基于振型数据的框架结构损伤评估

近年来对结构的损伤评估多局限于小型结构,并强调利用结构损伤前后较高阶的模态数据。本文将结构的损伤评估分为定位和定量两个独立的过程,基于结构损伤后的振型数据,实现了对一平面框架结构的精度损伤评估。数值模拟结果表明,本方法对大中型结构的损伤评估具有重要的现实意义。     

软土结构性定量化参数研究

土结构性研究的根本任务是寻找能全面反映土在应力作用下结构破损规律的定量化指标。对黄石、漳州、青岛地区软土进行单向与等向压缩试验,分析结构性土的压缩特性,探讨了不同试验条件对软土结构性的影响,结果表明：当压力低于结构屈服压力时,主要是初始结构的自我调整过程,结构存在少量的破损,压缩性较小;当压力大于结构屈服压力时,结构大量破坏,除了颗粒间的滑移,还伴随结构的塌陷,压缩性大大增加;重塑样在压缩过程中压缩性变化不大,这是由于重塑样已失去了结构性的影响。根据土样在压缩过程中结构破损情况提出了一个新的判别结构性强弱的定量化参数一结构破损系数,该值可通过AutoCAD软件简单获取,便于推广。利用该方法判别试验土样中结构性最强的为青岛软土,黄石软土次之,漳州软土最弱。最后利用结构破损系数解释了不同扰动程度对压缩曲线的影响。     

基于刚度矩阵的桥梁损伤识别研究

结构损伤本质上是结构局部刚度和质量的改变,反映在结构动力特性上是模态参数的变化.针对桥梁损伤往往只是局部刚度改变的情况,提出一种基于结构及其子结构的刚度矩阵,利用固有频率和振型确定子结构刚度矩阵的改变程度,以及改变了刚度矩阵的子结构的位置,来判断桥梁损伤的位置及其程度的结构损伤识别方法.从识别结果看,该方法能对桥梁结构的损伤位置及其程度做出准确的识别.,     

基于三向振型变化率的空间刚架结构损伤识别

选取振型变化率作为标示量,对空间刚架进行结构损伤识别。应用ANSYS建立了空间刚架结构无损伤和有损伤的有限元模型,对空间刚架空间三向振型变化率进行计算。分析结果表明：一阶振型变化率能很好地对损伤位置进行识别,也能根据一阶振型变化率对损伤程度进行初步判断,为探索通过振型变化率识别空间刚架的结构损伤提供了一种可行的方法。     

柔度曲率法对梁结构的损伤诊断

针对各种支承形式梁结构的损伤诊断,采用结构柔度矩阵最大列元素的柔度曲率(M_FC)对悬臂梁进行损伤定位,采用损伤结构柔度矩阵主对角元素的柔度曲率(D_FC)对非悬臂梁进行损伤定位,算例表明,针对不同形式的梁构造不同柔度曲率指标,仅用损伤结构少数低阶的模态参数,就可以对非悬臂和悬臂梁结构进行损伤定位识别,本文方法求得的柔度曲率曲线既能识别单个损伤的存在,也能识别多个损伤的位置,并能定性地反映损伤程度。     

基于点谱相关函数的悬臂结构损伤识别

针对悬臂结构,提出基于点谱相关函数的损伤识别柔度法。该方法依据结构动力特征方程和悬臂结构的特点,利用柔度矩阵元素作为过渡,得到了结构模态参数与杆件物理参数之间的对应关系等式,讨论并提出利用结构自由振动信号的winger-ville点谱相关函数平方根值代替结构模态参数的方法,建立了点谱相关函数平方根值与刚度损伤系数的方程,通过求解方程组就能识别出结构单个或多个损伤的位置和程度。该方法物理意义明确,突卸荷载激励容易实现,且只需一次测量,无需损伤前后对比测试,有利于工程应用。最后通过两个数值算例,验证了所提方法的有效性。     

基于模态参数指标的空心板梁桥铰缝损伤对比研究

模态参数反映结构动力特性,基于模态参数的损伤指标能反映结构动力特性的变化,可用于桥梁结构损伤识别。以模态参数构成的损伤指标众多,每个损伤指标通过自身的变化来识别损伤,但难以用统一标准对不同损伤指标的识别效果进行量化对比。针对空心板梁桥的铰缝损伤,提出一致性量化指标,从数据层面定量描述指标的损伤指示效果,便于各类损伤指标的对比和应用。首先根据模态参数损伤指标,构造一致性量化指标,定量描述不同损伤指标的识别效果;然后建立空心板梁桥及其铰缝损伤的有限元实体模型,模拟3种不同铰缝位置处的损伤工况,对每处损伤分别设置6种不同损伤程度;最后应用一致性量化指标对比各损伤指标的识别性能,总结不同工况下各损伤指标识别效果的变化规律。分析表明,一致性量化指标能够在不同工况下定量描述不同损伤指标的识别效果。     

基于时间序列的结构损伤在线诊断

结构损伤诊断是当前工程界十分活跃的研究领域,在线损伤诊断是其中一个重要方面.针对结构在线损伤诊断问题,提出一种基于时间序列分析的结构损伤识别方法.首先对结构振动响应的仿真数据建立了自回归滑动平均(ARMA)模型,导出模型的特征方程根与结构固有特性间的关系.然后,定义了AR模型前三阶系数的一种代数组合作为损伤敏感因子,并结合ASCE损伤检测标准模型进行了相应的损伤辨识试验,证明了该方法的可行性和有效性,为结构的在线损伤识别提供了较为有效的工具.     

缺口件疲劳损伤累积规律的研究

为解决传统疲劳方法对于缺口件疲劳寿命估算不准确的问题,引入疲劳损伤累积的概念.利用有限元分析方法,计算了中心圆孔试件在4种疲劳载荷作用下缺口处的应力-应变响应.采用坐标变换的方法得到缺口处在4种疲劳载荷作用下任意材料平面上的应力、应变分量.选取6种损伤参量进行研究,计算得到6种损伤参量随截面位置的变化情况,进而可以确定最大疲劳损伤.为了获得6种损伤模型的累积规律,计算在不同循环内的最大累积损伤,进而获得最大疲劳累积损伤与循环次数的关系.结果表明:中心圆孔缺口件在4种疲劳载荷作用下6种损伤模型的累积规律都为线性.以该结论为基础可估算缺口件的疲劳寿命.