大跨度空间网格结构的损伤定位

本文建立了基于模态曲率法和人工神经网络技术相结合的、适用于大跨度空间网格结构的损伤定位新方法,即首先应用模态曲率法判断结构是否发生损伤并识别发生损伤的局部结构,然后对发生损伤的局部结构利用人工神经网络技术识别损伤的准确位置。通过分析和比较发现,以模态曲率为基础的损伤参数比较适合于大跨度空间网格结构的损伤定位,三种以模态曲率为基础的损伤定位参数按有效性进行排序,从低到高依次为模态曲率、模态曲率差、模态曲率变化率;针对天津奥林匹克中心体育场大跨度悬挑管桁结构进行了不同损伤状况的数值模拟,验证了所建立的损伤定位方法的适用性和有效性。研究结果表明:利用模态曲率变化率识别损伤发生的大致位置,当单榀桁架发生损伤时,识别的准确率达到100%,当多榀桁架同时发生损伤时,识别的准确率达93.7%;采用人工神经网络技术识别损伤桁架的准确损伤位置时,在无测量噪声影响下,损伤定位的准确率达到97.0%,且测量噪声对损伤定位准确率的影响很大。     

基于小波变换的弹性地基梁的损伤识别

把曲率模态识别结构损伤的方法和小波变换识别损伤的方法相结合,提出了一种基于小波分析的识别结构损伤的方法。利用bior1.1小波函数对结构的曲率模态进行小波变换,识别出结构的损伤。最后通过数值模拟一损伤的弹性地基梁,验证了该方法的有效性,该方法对工程结构损伤识别具有参考价值。     

基于曲率模态的钢筋混凝土梁多点损伤位置识别

采用曲率模态对钢筋混凝土梁的多点损伤位置进行了识别研究。首先用有限元程序建立结构模型,并计算出位移模态振型,然后用差分法计算出曲率模态;同时对实际结构进行检测,得到结构的振型并计算出曲率模态。通过有限元模型和实际结构的曲率模态计算得到结构损伤因子,通过分析该损伤因子,可以判断实际结构的损伤位置。数值模拟算例分析表明,曲率模态对结构的损伤较敏感,用该方法识别结构的多点损伤位置是行之有效的。     

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。     

基于曲率模态法的简支板桥损伤识别研究

探讨了曲率模态用于简支板桥损伤识别的可行性。首先介绍了曲率模态法用于损伤识别的理论基础,随后利用三维有限元模型模拟结构损伤,并用曲率模态方法对其进行了有效识别。根据有限元仿真结果,可以得出如下结论:曲率模态对结构的局部变化非常敏感,对于简支板桥当对其中一块板的损伤状况进行识别时,不会受其他板的干扰,即使是与之毗邻的板也不会对其产生影响。     

基于曲率模态法桥梁结构损伤识别的敏感参数研究

敏感参数的研究对于结构基于振动的损伤识别有着重要的价值.曲率模态法的基本原理是因损伤所致的构件截面的刚度突变而凸现截面的曲率突变.但其仍存在不足,一是各阶模态反映同一损伤的情况是不同的;二是用损伤前后的曲率模态差作为敏感参数,虽可凸现其损伤部位,但须有未损伤时的模态数据,这通常无法获得.为此,文中分别提出了两个改进的敏感参数,即平均曲率模态损伤因子和即刻损伤因子.利用ANSYS软件对简支梁桥、连续梁桥的损伤识别进行了大量仿真分析,验证了所提出的敏感参数的有效性.另外,还探讨了某一单元损伤程度变化、多个单元同时有相同损伤,不同单元有不同损伤,及结构有限单元的类型和划分精度等多种工况下,采用曲率模态方法进行桥梁损伤识别问题,并进行了二维和三维的不同截面形式损伤识别的仿真分析.理论上证明了所提出的参数可作为桥梁损伤识别的敏感参数,用曲率模态方法能较好地识别出桥梁结构损伤的位置和程度.     

简支梁模态曲率法结构损伤识别探讨

模态曲率法结构损伤识别属于无损结构动力检测的范畴,它是靠结构动力响应时振动曲率(即模态曲率)的变化或是说局部异常来识别结构的损伤,并可从模态曲率的异常位置和异常程度来定性判断结构损伤的位置和损伤程度。通过捕捉和分析结构自身在周围环境作用下的自振模态曲率参数,就可以完成对结构内部的损伤识别,克服传统超声波法检测结构损伤时由于损伤位置的不确定性而带来的测点布置的繁琐性和空间局限性,且能完善传统超声波法检测结构损伤时损伤程度难以定论的不足,因此在理论研究领域该方法具有一定的可探讨性,并有一定的实践意义。     

基于曲率模态曲线变化的桥梁损伤识别

针对传统损伤识别方法仅能对损伤位置进行确定,对于损伤程度识别效果较差的问题,根据桥梁出现损伤会使曲率模态曲线产生畸变这一特点,提出一种基于曲率模态曲线变化的损伤识别方法。以曲率模态参数指标为基础,对桥梁损伤前后其曲率模态曲线的变化进行研究。采用多项式拟合和BP神经网络拟合技术,根据桥梁受损后其曲率模态曲线畸变面积的大小来反向拟合出现损伤的位置和损伤程度。以一座简支桥为例,对其设定单损伤和多损伤工况进行研究分析,根据曲率模态曲线畸变产生的部位确定结构损伤的位置,并根据曲率模态曲线的畸变大小来拟合桥梁损伤的程度。结果表明:对于实际工程中经常出现的小损伤工况,该方法识别效果较好,可用于实际工程结构的监测。     

基于曲率模态的钢筋混凝土梁损伤检测研究

阐明了曲率模态的基本原理。对钢筋混凝土简支梁进行逐级加荷-卸荷试验,每次卸荷后进行动态检测试验,用DASP系统对试验数据进行分析,得到位移模态。利用二阶差分法,由位移模态得到了曲率模态。结果表明,曲率模态能较为准确地识别钢筋混凝土简支梁的损伤,且对微小损伤较为敏感,高阶的曲率模态对于损伤的敏感性高于低阶曲率模态。利用曲率模态能够较好地判定损伤的位置以及损伤的相对程度。     

大型油罐罐壁损伤识别研究

为了研究大型油罐罐壁结构的损伤识别,以西岸油罐艺术中心中实际油罐为例,讨论了基于模态曲率差的方法对不同损伤工况的损伤识别效果。通过ANSYS有限元软件建立足尺模型并得到罐壁径向模态振型,计算得到周向模态曲率和轴向模态曲率来识别损伤。研究表明:采用轴向模态曲率能够精确识别单处损伤和多处损伤位置,而且损伤位置越靠近顶部越容易被检测。因此,对于油罐罐壁的损伤程度识别,不能仅仅比较轴向模态曲率值的突变程度,需要结合损伤位置综合考虑。     

基于数据融合的张弦桁架损伤识别方法与试验研究

针对张弦桁架采用单损伤指标识别损伤位置易受到干扰甚至产生误判的问题,提出基于曲率模态差和模态柔度差曲率融合的损伤识别方法。基于D-S证据矩阵和加权平均两种数据融合准则,建立张弦桁架损伤识别的单次融合和两阶段融合识别流程。采用有限元软件ANSYS建立张弦桁架分析模型,利用减小构件截面积模拟弦杆损伤,分别采用非融合单损伤指标、单次数据融合和两阶段融合方法进行损伤识别分析。结果表明：单损伤识别指标的抗干扰能力较低,尤其对支座附近下弦杆的识别效果差;基于数据融合的损伤识别方法能够综合多种指标损伤识别结果,有效提高损伤位置识别的准确性;与加权平均数据融合准则相比,基于D-S证据矩阵准则的数据融合方法更能有效降低非损伤位置干扰,识别效果更好;两阶段融合方法效果优于单次融合方法,损伤位置的损伤概率愈发接近于1,非损伤位置的损伤概率愈发趋近于0。最后开展了一榀张弦桁架模型的损伤识别试验,通过试验验证了当所获取模态数据受到环境或测试噪声等因素影响下,文章提出的基于数据融合的损伤识别方法仍具有较好的鲁棒性,能够有效识别实际张弦桁架结构的损伤位置。但由于曲率模态差以及模态柔度差曲率难以识别损伤程度,因此文章方法仅能够提高损伤位置的识别精度。     

基于模态曲率与小波变换的网壳结构损伤识别研究

结合模态曲率与小波变换的方法对网壳结构的损伤识别进行研究。以一网壳结构的缩尺模型为例进行数值分析,假设结构35号杆件的截面出现刚度折减的轻微损伤,以模型损伤前后的模态曲率作为损伤指标进行连续小波变换,从而判断结构的损伤位置。数值分析的结果表明,利用模态曲率的小波变换系数差可以粗略定位损伤,而利用曲率模态差值的小波变换系数可以较为准确地定位损伤,且分析及数据处理过程更为简便可靠,可见基于模态曲率与小波变换的损伤识别方法对于网壳结构的损伤定位是非常有效的。     

曲率模态法用于网壳结构损伤定位的有效性分析

曲率模态法是针对梁式结构提出的一种损伤识别方法,其用于网壳结构损伤定位的有效性需要进行研究和证实。以一个单层球面网壳为例,对曲率模态法用于该结构的损伤定位进行数值模拟,分析网壳结构模态局部化对损伤定位效果的影响。损伤定位的判断标准为绝对曲率差最大值所对应的节点为损伤位置,指示该节点上的杆件发生了损伤。数值分析的结果表明,对于单杆件损伤,使用损伤前后密集模态的绝对曲率差进行损伤定位,效果很差,而使用损伤前后稀疏模态的绝对曲率差进行损伤定位,效果很好。可见,模态局部化对曲率模态法应用于网壳结构损伤定位的影响很大,因此,只有选择稀疏模态才能较好地避开模态局部化现象,在一定程度上保证曲率模态法用于网壳结构损伤定位的有效性。     

改进的模态曲率改变率损伤识别方法研究

研究了适用于简支梁和连续梁结构的改进的模态曲率改变率的损伤识别方法,比较了改进的模态曲率改变率法与模态曲率改变率法。对简支梁和连续梁不同损伤位置损伤程度的数值计算表明,改进的模态曲率改变率法可以准确地判断损伤位置,定性地判断同一位置处的损伤程度。     

利用模态曲率差法进行弹性薄板的损伤检测

弹性薄板在工程中被广泛应用,对弹性薄板进行在役无损检测具有重要意义。本文在前人的研究基础上,以四边固支薄板为研究对象,运用ANSYS分析软件,采用改变单元弹性模量的方法模拟结构损伤,应用基于模态曲率差的损伤识别方法对板结构进行损伤检测。算例表明:在薄板的一个比较小的区域损伤的情况下,有损伤单元的模态曲率差的值变化明显,因此可以采用模态曲率差法对结构进行损伤识别并能准确判定损伤的位置。     

基于数据融合的张弦桁架多位置损伤识别与抗噪性分析

为提高张弦桁架多位置损伤识别的准确性,将数据融合方法与损伤识别指标相结合,采用D-S证据矩阵理论融合叠加曲率模态改变率和模态柔度差曲率两项指标的损伤识别结果,提出了张弦桁架多损伤的单次融合和两阶段融合识别方法。以某实际工程缩尺简化得到的张弦桁架作为研究对象,设计了两种不同的多损伤工况,通过有限元分析获取了结构损伤前后的前三阶模态数据,并进行了损伤识别分析。结果表明：基于数据融合的多损伤识别方法能够准确地识别张弦桁架多损伤,其能够综合两种单指标的识别结果,降低甚至消除非损伤位置的干扰,有效解决了单指标识别精度低、不能全面反映损伤位置的问题;两阶段融合方法通过两次融合逐步降低了非损伤位置的干扰,识别效果优于单次融合方法。此外,分析中考虑了不同水平噪声对张弦桁架多损伤识别的影响,结果表明：基于数据融合的多损伤识别方法具有较好的抗噪能力,能够降低噪声和非损伤位置的干扰,且两阶段融合方法的抗噪能力优于单次融合方法。     

改进的模态曲率改变率对三跨门式刚架损伤识别的研究

应用ANSYS建立工字型截面三跨门式刚架无损伤和有损伤模型,求解无损伤和有损伤情况下的三跨门式刚架节点位移,通过节点位移求出损伤前后的模态曲率。将改进的模态曲率改变率的损伤识别方法应用于三跨门式刚架的损伤位置和损伤程度识别研究。改进的模态曲率改变率法能够确定三跨门式刚架竖柱损伤位置,但不能判定损伤位置的损伤程度;对梁段的损伤位置只能确定一处损伤位置,多处损伤无法确定,损伤程度也无法确定。     

基于曲率模态的桥梁结构钢筋锈蚀损伤识别

介绍了曲率模态分析的基本理论,探讨了曲率模态在钢筋混凝土桥梁钢筋锈蚀识别中的应用,通过对一钢筋混凝土简支梁的数值仿真分析得出曲率模态指标可以识别出钢筋锈蚀的存在及发生的位置,还可以对钢筋锈蚀的程度进行分析,从而为曲率模态法应用到实际工程的损伤识别提供了理论基础。     

Multi-scale damage analysis for a steel box girder of a long-span cable-stayed bridge

Accurate evaluation of the effect of possible damage in critical components on the dynamic characteristics of a structure is of critical importance in developing a robust structural damage identification scheme for a long-span cable-stayed bridge. The strategies of finite element (FE) modelling of a long-span cable-stayed bridge for multi-scale numerical analysis are first investigated. A multi-scale model of the Runyang cable-stayed bridge is then developed, which is essentially a multi-scale combination of a FE model for modal analysis of the entire bridge structure and FE sub-models for local stress analysis of the selected locations with respect to the substructuring method. The developed three-dimensional global-scale and local-scale FE models of Runyang cable-stayed bridge achieve a good correlation with the measured dynamic properties identified from field ambient vibration tests and stress distributions of a steel box girder measured from vehicle loading tests, on the basis of which the effectiveness of some damage location identification methods, including a modal curvature index, a modal strain energy index and a modal flexibility index, are evaluated. The analysis results show that the effect of the simulated damage in various components of the steel box girder on the dynamic characteristics of a long-span cable-stayed bridge should be properly considered in structural damage analyses using multi-scale numerical computation.