基于模态分析的网架损伤识别

目的 探讨基于振动模态分析的结构无损检验技术及"频率变化平方比"的损伤识别方法,对网架结构进行损伤识别.方法 利用结构动力参数的改变进行损伤诊断,将"频率变化平方比"的方法用于网架结构的损伤识别中,将杆件的损伤通过杆件截面积的缺蚀体现出来,通过有限元分析方法编写的程序来模拟实际网架结构,对其进行模态分析,求出其位移模态和自振频率,来识别网架不同位置的损伤.结果 结构损伤使其刚度、质量和振型随之变化,结构的每一个部位的物理特性对结构的模态参数均有不同的影响,该影响构成了模态分析识别结构损伤的基础.结构的"频率变化平方比"包含了结构损伤程度和位置信息,仅是与结构损伤的位置有关的量,故可以用它来进行结构损伤定位.结论 作为一种网架损伤的数值模拟,对于杆件截面积缺蚀可以正确识别,是网架杆件损伤识别一种较为有效且简便可靠的方法.     

高效神经网络训练及其在桁架损伤识别中的应用

将应变模态相对变化率作为损伤指标,探索了与人工神经网络结合对桁架结构进行损伤识别的方法。利用ANSYS的命令流语言APDL编写二次开发程序,实现结构不同损伤工况下的模态自动求解过程,并定义APDL中多维数组参数,将不同损伤工况下计算得到的模态参数存储于外部设备。在人工神经网络训练阶段,再借助于Matlab软件的外部文件调用功能,将模态信息加以批量提取。数值仿真表明,本文的方法是一种高效的人工神经网络训练模式,且仅用一阶应变模态改变率就可实现对桁架结构的损伤识别,便于在实际工程中应用。     

基于跨模型模态应变能指标的网架结构损伤定位

提出新的模态应变能指标来定位具有较大识别规模的网架结构损伤. 所提指标不仅改进了表达式,还引入了跨模型模态应变能的概念. 与传统模态应变能仅利用损伤结构的模态振型不同,跨模型模态应变能同时利用未损结构和损伤结构的模态振型. 定性分析与蒙特卡洛分析均表明,与传统模态应变能相比,跨模型模态应变能受测量误差的影响较小. 针对某392杆网架结构的数值分析表明,指标表达式的改进对所提指标抗噪性能的提升起主要作用,而跨模型模态应变能的引入有利于进一步改善所提指标的鲁棒性. 所提指标比传统指标具有更强的抗噪能力,更适用于具有较大识别规模的网架结构损伤定位;选取较多的模态参与计算有利于增强所提指标的抗噪能力.     

空间网架结构损伤程度识别的数值模拟与试验研究

空间网架杆件的损伤程度识别是网架结构健康检测中十分重要的环节,对网架结构的安全性和适用性起到决定性作用。在定位损伤杆件的前提下,通过模型试验和数值模拟手段,提出应用瞬态响应动力分析方法对四角锥网架杆件进行损伤程度识别,获得不同损伤程度杆件两端节点的位移时间历程曲线,应用Matlab对该曲线进行拟合分析。结果表明：在不同损伤工况下,损伤杆件两端节点的位移时间历程曲线可以近似拟合成直线,通过对该直线的斜率与杆件损伤程度的分析,分别得到上弦杆件、腹杆、下弦杆件两端节点的位移时间历程直线的斜率值与杆件损伤程度的关系式,通过该关系式可以较准确的识别出四角锥网架杆件的损伤程度。     

正四角锥网架结构的数据融合损伤识别

为了将数据融合技术应用于杆系结构构件的损伤识别,以某高速公路收费站正四角锥网架结构屋顶为工程背景,建立了有限元计算模型.通过对模型结构进行模态分析,建立了具有不同损伤位置的正四角锥网架模型结构,得出了无损伤时模型结构的前10阶固有频率.计算了模型结构单一杆件刚度损伤10%,30%,50%和70%的前10阶归一化固有频率,利用小波分析理论进行了前处理,得出了具有损伤信息的小波特征向量.通过数据融合计算,建立了正四角锥网架模型结构损伤识别系统.结果表明:杆件单元损伤度为70%时的计算收敛速度较10%时提高了12.4%,精确度提高了56.2%.为正四角锥网架杆件的损伤识别提供了新方法.     

空间单层网壳结构损伤杆件位置识别试验

为解决空间钢结构震后常发生杆件损伤的位置识别问题,设计一个单层网壳结构试验模型,切断单个杆件模拟实际结构的杆件损伤,对该损伤杆件进行位置识别研究.首先,根据空间钢结构自由度多,模态密集等特点,基于小波包能量分析法处理频率密集信号的优势,应用单层钢网壳结构损伤前后两个监测阶段的加速度响应数据,建立抗噪性能和灵敏性较好的损伤杆件位置识别指标向量.再应用有限元软件ANSYS建立17组不同位置杆件损伤的数值分析模型,分别获得17组有限元模型损伤前后的加速度响应数据,通过小波包分析处理后将其损伤指标向量作为损伤识别样本库,再将具有单个杆件损伤试验结构的加速度响应数据处理后得到的损伤识别指标向量与损伤样本库中各杆件损伤位置的指标向量进行聚类分析,识别出实际结构杆件有可能的损伤位置.该方法能够快速识别出实际结构中损伤杆件可能损伤的区域位置,试验结果也验证了方法的可行性和有效性,为后续工程应用研究提供了理论和试验支持.     

基于交叉模型交叉模态法的损伤识别研究

损伤识别能判断结构是否损伤,并对危险进行提前预警,对避免灾难发生和减轻灾难后果具有重要作用,受到了人们越来越多的关注.交叉模型交叉模态法利用理论和试验模态进行损伤识别,具有物理意义明确、充分利用实测模态等诸多优点.介绍了交叉模型交叉模态法,分析了LANL实验室的一个八自由度结构,提出了一种优化存储方法,分别在完全模态和不完全模态情形下模拟了单一损伤和多重损伤工况,用实测数据验证了交叉模型交叉模态法的有效性,并利用实测模态频率和振型对结构的刚度矩阵进行了修正.     

基于ARMA模型的桥梁结构模态参数辨识研究

模态参数辨识是对结构进行动力损伤诊断的前提,本文介绍了一种通过建立ARMA模型来辨识结构工作模态参数的方法.待检结构在环境激励下发生自由振动,用位移传感器测出振动响应数据,据此建立适当阶数的ARMA模型,并估算模型参数.根据模型参数与系统模态参数的关系算得模态参数.最后用稳定图法剔除虚假模态,确定结构真实模态.重点讨论用ARMA时序模型进行模态频率辨识的问题,并通过一个简支梁振动试验对该方法进行了验证,将试验结果与随机子空间法和ANSYS建模分析法的计算结果对比发现,3种方法识别出的前三阶模态频率基本吻合,且满足精度要求,说明在激励数据未知的情况下,基于ARMA模型的模态参数辨识法能够准确地识别出系统的模态参数.     

利用模态应变能指标的斜拉桥拉索损伤识别

由于拉索是大跨度斜拉桥的主要承重构件之一,拉索中的损伤对于大跨度斜拉桥结构的安全会产生不利的影响.为实现对斜拉桥拉索损伤识别确保结构的安全,首先给出单元模态应变能定义,然后分析了基于单元模态应变能的损伤识别机理,提出了基于单元模态应变能变化率斜拉桥拉索损伤识别的实用方法,并以国内某重点斜拉桥为试验对象模拟3种不同的损伤工况情况,研究该方法的适用性.试验研究结果表明,单元模态应变能变化率指标是斜拉桥拉索损伤很好的敏感标识量,对单位置拉索损伤能够准确地给予识别,对于多位置拉索损伤识别,指标也能给予较好识别效果.该方法为斜拉桥拉索损伤检测提供了一条可靠有效的途径.     

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。