基于斜率模态的统一化损伤识别指标研究

提出了一种基于规则结构第一阶频率斜率模态的梁式结构损伤定位与程度识别方法.分析比较了第一阶位移模态及其斜率模态对于结构系统参数的敏感性.结合有限元模型,形成一系列以斜率模态为基础得到的统一化损伤识别指标(UDI),以该指标表现出的损伤状态在不同损伤工况下对于任意楼层损伤程度都具有稳定性,这样就避免了大型损伤特征矩阵的计算.使用UDI指标对一剪切型梁在单损伤与几种多损伤工况下进行了损伤识别与定位,并且分析实际结构与数值模型系统参数存在误差的情况下的识别效果.还考虑了减少测点布置后的损伤识别效果,且对识别误差的原因进行了分析.研究结果表明:基于第一频率斜率模态的UDI指标在具有近似数值模型的条件下,能够确定损伤位置并且可以较精确地估计损伤程度,而且识别速度快.     

基于ARMA模型识别工程结构模态参数

对基于环境激励下运用时间序列法ARMA模型对工程结构模态参数的识别进行研究。结合传统模态试验,对一个多层框架结构进行了模态参数识别的对比试验,试验结果显示:二者在模态参数识别上具有高度的一致性。分析表明:时间序列法ARMA模型能够在传统模态试验难以进行的环境下,准确有效地识别工程结构的模态参数,为结构的在线监测和抗震设计等提供模态参数,具有一定的工程应用价值。     

应变模态指标在平板网架结构损伤识别分析中的应用

平板网架结构在实际工程中应用广泛,针对此类结构的损伤识别研究显得尤为重要.由于避免了重新建模引入的系统误差,无模型的损伤识别理论正日益受到重视,并已被应用于梁式构件的健康监测.文中引入了一种应变模态指标,将无模型损伤识别理论应用于平板网架结构中.以折减杆件截面面积的方式来模拟杆件损伤,数值分析了5种具有代表性的损伤工况,在数值计算结果中引入了白噪声,并取部分杆件作为监测杆件.损伤识别分析结果显示,损伤杆件的应变模态指标为结构所有杆件中最高的.通过比对各杆件的应变模态指标,便能对发生在结构中上弦杆、下弦杆以及腹杆等不同位置的损伤进行识别.同时,损伤杆件周围杆件的应变模态指标也会比无损杆件的指标较大,在损伤点周围会出现一个损伤指标显著的区域.另外,当结构中两根或多根杆件同时损伤时,应变模态指标也能识别出全部损伤杆件.     

基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法

及时、准确地发现桥梁结构的早期损伤,避免桥梁结构的突然破坏或倒塌,无疑具有重要的理论意义和重大的社会经济效益。文章提出基于响应面模型修正技术和单元模态应变能损伤指标的结构损伤识别方法,通过简支梁室内模型试验来检验方法的有效性,进而以下白石大桥为背景,通过数值模拟方法基于响应面模型修正和单元模态应变能指标进行下白石大桥支座损伤识别。结果表明:单元模态应变能损伤指标对开裂损伤和支座损伤具有较好的敏感性,可识别出多损伤位置和损伤程度,具有应用到实际工程结构进行损伤识别的潜力。     

基于WVD交叉项统计特征的桅杆结构损伤识别

提出了利用Wigner Ville分布交叉项统计量相对变化量识别桅杆结构损伤的方法,以涪陵导航桅杆为对象进行了数值分析和试验研究。数值分析表明,利用测点损伤识别指标WCS的相对变化量,除对不同位置、不同程度的杆身局部损伤比较敏感外,对不同类型的局部损伤也能给予准确的识别。通过适当提高纤绳的初应力,可以提高损伤识别的精确度和指标对损伤的敏感程度。损伤识别试验实现了模拟损伤程度的定量,试验数据分析表明,指标WCS能有效地识别出桅杆结构不同程度的局部损伤,损伤识别所揭示的规律与数值分析的规律一致。     

自由度匹配技术在框架结构损伤识别中的应用研究

实测自由度与理论自由度不匹配是结构损伤识别技术应用于实际工程中的一大难题,模型缩聚和模态扩阶技术是解决这一问题的主要方法。通过单层框架结构有限元模型的数值模拟,利用振型转角差损伤识别方法,较好地实现了测试信息不完备情况下的框架结构损伤识别。结果表明,利用Guyan减缩法与模态扩阶法进行自由度匹配后再进行损伤识别,其结果非常准确,可以应用于框架结构的损伤识别。     

张弦桁架结构基于模态参数的损伤识别

以某火车站的大跨张弦桁架雨棚结构为例,采用有限元软件ANSYS建立模型,且利用减小构件截面积模拟弦杆和拉索的多种损伤工况。采用模态置信因子(MAC)法、坐标模态置信因子(COMAC)法和曲率模态法对结构进行损伤识别。结果表明:MAC法可以进行初步损伤判断,但不能进行有效的损伤定位;COMAC法仅在损伤超过50%时才具有较好的诊断和识别效果,COMAC法理论上可实现杆件损伤定位,但需要较多阶振型数据才能判断,实际应用成本偏高;曲率模态法对张弦桁架具有较好的识别效果,无论是弦杆和拉索截面出现损伤,曲率模态指标在损伤处产生突变,按其突变程度大致判断损伤程度,可作为大跨张弦桁架结构损伤识别的有效方法。     

基于关联模态云推理算法的输电塔结构损伤识别

为了解决输电塔等工程结构在不确定因素干扰下的损伤识别问题,提出了一种基于关联模态的云推理算法。建立残余力基本方程,并分析了基于残余力向量的损伤识别原理;提出了基于残余力的云推理算法,给出了云模型的数字特征,分析了前件云发生器和后件云发生器,给出了基于灰云模型的定性规则库建立方法,并利用云规则组成了相应的云推理系统。考虑到残余力法易受测量噪声等不确定因素干扰的弱点,进一步提出了关联模态云推理算法,以提高损伤识别的精度和可靠性,并采用输电塔结构模型进行了损伤识别研究。数值计算结果表明,关联模态云推理算法可以较好地识别出结构损伤,其识别效果明显优于残余力向量法和残余力云推理算法。     

钢筋-砂浆面层交叉条带法加固砌体结构振动台试验研究

钢筋-砂浆面层交叉条带法是一种具有独特受力机理的砌体结构加固新方法,具有施工快、影响范围小的优点。根据典型的砌体结构计算结果设计试验缩尺模型,对加固与未加固模型进行多种工况下的振动台同台试验,分析模型在不同加速度幅值输入时的动力特性和破坏机制,研究钢筋-砂浆面层交叉条带法加固砌体结构的整体抗震性能。试验结果对比分析表明:设置钢筋-砂浆面层交叉条带可以有效地提高砌体结构抗震能力;钢筋-砂浆面层可以同时增加墙体的承载能力和延性;底层窗间墙是砌体结构的薄弱部位;大震作用下砌体结构顶层比底层具有更好的变形能力。     

基于模型修正的损伤识别方法研究

为保证结构可靠性,需建立实时有效的损伤识别系统,但识别过程涉及大量未知参数,给精确识别带来了极大挑战。根据结构振动特征方程,推导出结构模态参数对设计参数的灵敏度矩阵,建立了基于模型修正的损伤识别程序。以11层框架结构为数值模型,揭示了模态参数对损伤的敏感性,验证了基于灵敏度的模型修正方法在结构损伤识别上运用的可行性。     

谈石油井架结构损伤识别的方法

综述了近几年来石油井架结构损伤识别技术的方法,包括基于固有频率变化法对石油井架结构进行损伤识别、基于柔度矩阵差值法和柔度曲率法对石油井架结构进行损伤识别和基于位移模态差值法和曲率模态差值法对石油井架结构进行损伤识别,并对各种损伤识别方法进行了评述,最后指出了对石油井架进行损伤识别过程中有待解决的问题及其发展趋势。     

模型缩聚法在桁架结构损伤识别中的应用

为了达到实测自由度与理论自由度相匹配,通过模型缩聚可以解决这一问题。文章利用改进的Guyan缩聚法对一平面桁架结构进行水平自由度减缩,解决了Guyan缩聚忽略结构质量产生较大误差的问题,其模态分析结果与缩聚前十分接近。通过数值模拟,利用曲率模态方法实现了模型缩聚下的平面桁架结构的损伤识别,表明模型缩聚可以应用于平面桁架结构的损伤识别。     

基于随机子空间识别的损伤试验研究

采用附加质量模拟损伤的方法通过对三层空间钢框架模型模态试验分析,采用随机子空间(SSI)法进行模态参数的识别,并在模拟健康状态和有损伤状态下识别结果与有限元模态分析及经典的特征值实现法(ERA)结果进行多次对比,对比结果表明了随机子空间法识别模态参数的可靠性。依据随机子空间法识别的模态振型,结合模态置信准则损伤判别的方法,进行了损伤的诊断,诊断的结果判断了结构的损伤程度,搜索出了损伤的最不利工况。     

密肋壁板结构模态识别

本文通过结合课题组前期的研究成果,采用复合材料法对密肋复合墙板进行等效,计算等效弹性模量,建立密肋壁板结构等效计算模型,利用等效模型,采用有限元分析计算密肋壁板结构的模态参数;同时,采用多模态最小二乘识别法建立密肋壁板结构的模态参数识别方法。理论分析与试验对比表明:采用等效的剪力墙模型对密肋壁板结构进行结构分析与设计具有一定的理论依据与实用价值,而且模型简单,方便,满足实际工程分析需要。同时采用最小二乘识别法对密肋壁板结构进行模态识别,其识别结果好,可靠度高。     

木梁基于曲率模态技术的损伤识别

利用有限元分析软件建立了木梁的损伤模型,获取了不同损伤参数的曲率模态;基于结构动力学中梁自由振动的理论,推导了木梁基于曲率模态的损伤程度判定理论;对人工模拟的损伤木梁进行了模态试验.结果 表明:曲率模态对损伤识别非常敏感,损伤位置可通过曲率模态图的突变判定,损伤程度可以根据突变程度判定;模态分析试验结果与有限元分析结果吻合较好;有限元算例和模态试验验证了损伤程度判定理论公式的适用性,采用曲率模态技术对木梁进行损伤检测是有效可行的.     

基于多维ARX模型理论识别脉动风激励下穹顶结构模态的研究

环境激励下大型土木工程结构的实测工作对于新型结构的理论研究和设计分析具有重要意义.从状态空间理论出发,建立多维ARX模型,推得了结构的模态参数.在脉动风的作用下,对穹顶结构进行脉动法实测,将实测值与有限元分析结果进行比较.结果表明,多维ARX模型用于大型土木工程结构的模态参数在线识别是可行的.     

双层交叉梁系结构力学模型及其计算研究

建立了双层叠合交叉梁系结构空间动力学模型 ,利用 FORTRAN语言编制了计算机仿真计算程序 ,并以区间轨道结构为例 ,用所编程序分析了轨道的动、静力计算长度 .     

模型参数误差对用神经网络进行结构损伤识别的影响

通过理论推导得到了模型参数误差对损伤引起模态参数改变的贡献的表达式,用该式可指导神经网络输入参数的选择和输入向量的构造.理论分析表明,适当地构造输入向量,可以减小模型参数误差对结构损伤识别的影响.在采用BP网络和合适的输入向量后,还用数值模拟的方式对一榀六层框架的损伤识别进行了确定性研究和概率分析,结果表明,用神经网络进行结构损伤识别,受模型参数误差的影响很小,在训练神经网络时,10%的模型参数误差是可以接受的.最后,用一个两层钢框架的实验数据验证了神经网络在有模型误差时的识别能力.     

焊接空间结构节点焊缝拉裂损伤识别

针对焊接空间结构节点易发生损伤和破坏的问题,为了识别焊接空间结构节点焊缝拉裂损伤,建立了节点焊缝拉裂损伤等效模型,考虑到焊接空间结构具有杆件和节点众多的特点,提出了损伤识别两步法。首先建立有焊缝拉裂损伤焊接球节点三维实体有限元模型,划分焊缝裂缝宽度,然后分析不同焊缝裂缝宽度与节点刚度系数之间的关系,最后将所获得的不同裂缝尺寸焊接球节点刚度系数等效为弹簧刚度,施加于结构杆件两端,成为杆端弹簧约束模型,即考虑节点焊缝拉裂损伤的等效有限元模型; 建立等效模型后,采用两步法识别节点焊缝拉裂损伤位置,先对结构分区,用小波分析方法识别结构杆件有节点焊缝拉裂损伤发生的区域,然后基于等效模型提取应变模态作为损伤标示量,在损伤区域内具体定位有节点焊缝拉裂损伤发生的杆件。结果表明:焊缝拉裂损伤等效模型能够模拟实际结构节点焊缝拉裂损伤,所建立的节点焊缝损伤等效模型易于提取损伤标示量,采用两步法能够识别出焊接空间结构节点焊缝拉裂损伤位置。     

基于AR模型与BP神经网络的网壳结构损伤识别方法研究

针对网壳结构损伤识别中所面临的模态信息不完备、模态密集程度严重以及结构自由度巨大等困难,提出了一种基于时间序列自回归模型(AR模型)与BP神经网络的损伤识别方法.以凯威特型单层球面网壳为例,采用该方法识别损伤杆件位置.数值模拟结果表明,该方法具有较高的准确性和一定的抗噪性.进一步讨论了影响损伤识别结果精度的因素.研究表明,传感器的数目、布置位置对损伤识别结果有一定影响.