量测模态数量对结构损伤识别影响数值模拟研究

基于不完备信息开展土木工程结构损伤识别研究是一个热点、难点问题。利用结构部分节点振型分量以及低阶固有频率对一两层框架结构进行了损伤识别数值模拟研究,着重考察了量测模态数量对损伤识别精度的影响,为实际结构损伤识别信息的选取提供了一定依据。     

一种改进的基于频率测量的结构损伤识别方法

基于频率测量的结构损伤识别方法具有测试简便,精度较好的优点。在分析结构固有频率用于结构损伤识别的机理的基础上,对一种较好的基于频率的结构损伤识别方法进行了综合评述,并对针对其不足进行了改进。钢筋混凝土三跨连续梁的数值模拟计算表明,中低损伤度的识别结果令人满意。经过改进的方法计算简单,综合识别能力较强,便于工程应用。     

基于移动附加质量的损伤诊断技术

基于结构固有频率的损伤诊断技术能够识别结构的损伤程度,但是识别损伤位置较为困难。结合环境激励模态试验方法和动力修改理论,提出了基于移动附加质量的损伤识别技术。通过对损伤与完好结构施加系列已知附加质量,根据损伤与完好结构施加附加质量后的固有频率识别结构损伤。计算结果表明,当频率满足识别精度要求时,该方法能够较准确地识别损伤结构的损伤位置。     

基于频率和当量损伤系数的井架钢结构损伤识别

诊断井架钢结构损伤的位置和程度是保证其安全服役的关键技术。提出了仅基于测试精度高的低阶频率数据和体现综合损伤的当量损伤系数米识别井架钢结构损伤位置和程度的方法。首先应用两阶频率变化比和频率平方变化比识别损伤位置；其次，引入体现结构整体综合损伤和单元损伤的参数．当量损伤系数，推导了当量损伤系数与频率变化率之间的关系，应用...     

柱壳结构损伤识别方法

摘 要:对柱壳结构的损伤部位和程度进行识别是柱壳结构进行安全性评定的一个重要环节。本文对柱壳结构损伤前后动力特性进行了分析,采用摄动法推导了由于单元损伤引起的各阶模态振型改变系数;推导了模态应变能变化与单元损伤之间的关系;采用单元模态应变能的变化率作为柱壳结构损伤诊断的标识量,证明了单元模态应变化率对损伤的敏感性。对柱壳结构损伤识别方法进行了研究,所提出的方法仅需要量测的低阶模态信息和刚度矩阵就能完成结构的损伤识别。最后,以一混凝土柱壳结构为工程实例,对其在不同损伤情况下的损伤进行了分析,结果表明,所提出的损伤识别方法能够很好地识别不同损伤组合下的损伤部位和程度,同时能较好地识别结构小损伤,因而证明了本文所提出的方法的正确性和有效性。 关键词:柱壳结构;损伤识别;动力特性;损伤标识量;模态应变能     

梁裂缝损伤检测的模态应变能法及试验研究

结构裂缝存在将使其局部刚度减少,而局部刚度下降与其固有频率变化紧密相关。应变能对局部损伤较固有频率更为敏感。把结构遭受裂缝损伤的应变能变化量作为损伤指标,提出一种全新的无损裂缝识别方法。并把影响损伤指标因素与假设检验相结合,利用参数假设检验进行识别结果验证。用简支梁模型进行模态试验,将梁损伤前、后的模态参数提取,并用该方法进行裂缝位置及裂缝深度参数的识别。结果表明,该损伤检测方法识别结果精度较高,将其用于裂缝损伤检测是可行的。     

基于边界模态的结构密封胶损伤识别实验研究

根据隐框玻璃幕墙面板单元结构密封胶损伤位于面板单元边界的特点,提出基于边界模态构建平均边界模态保证准则、平均边界曲率模态差变化率和平均边界模态应变能变化率3个新的损伤指标进行损伤识别。然后,进行一个长2.06 m、宽1.46 m的隐框面板单元的模态试验,研究边界模态损伤指标及固有频率、传统模态保障准则随损伤程度的变化规律。试验研究结果表明：当结构密封胶损伤程度小于5%时,前6阶固有频率和传统模态保证准则难以进行结构密封胶的局部损伤识别;当结构密封胶损伤1%时,所提三个基于边界模态的损伤指标均大于9%,且随着损伤的增大而增大,均能有效识别损伤,其中平均边界曲率模态差变化率在损伤边的变化大于未损伤边,可进一步用于损伤边的识别。     

基于经验模式分解的框架结构螺栓松动检测实验研究

螺栓松动损伤具有非线性特征,在低、高频激励共同作用下,结构动力响应会出现高频激励与结构固有频率之间的调制现象。利用该调制现象,本文发展了一种基于经验模式分解(EMD)的螺栓松动检测方法,分别对高频正弦和随机激励下结构响应信号进行EMD分解并作功率谱分析,采用EMD分解后含有调制成分的高频固有模式函数(IMF)构造能量损伤指标来识别结构螺栓松动。采用多尺度法进行单自由度非线性模型分析解释高频调制现象,并通过螺栓连接框架结构的振动实验验证了该方法的有效性。结果表明,螺栓松动时,响应信号频域中出现高频激励与固有频率间的调制成分,所构造的能量损伤指标能够有效识别螺栓松动损伤,并且对于初始松动损伤识别更为敏感。     

结构损伤对固有模态的影响及诊断

通过引入损伤诱导矢量,作者构造一种基于模态测试数据诊断结构损伤的新方法。利用损伤诱导矢量能迅速排除无损伤元素,缩小识别范围。通过计算损伤诱导矢量与它的最佳矢量之间的距离识别损伤位置,通过计算结构刚度和质量的损失确定损伤程度。该方法计算量小,能诊断结构的微小损伤。文中以浅拱为例,分析了损伤位置及程度对固有频率的影响,给出各种损伤情况下的诊断结果,以说明其有效性。     

利用频率指纹检测复合材料层合结构的脱层损伤

在复合材料固化之前,将一定尺寸的聚酰亚胺薄膜插入复合材料结构中模拟复合材料的脱层损伤。采用自由振动方法测定含有损伤和无损伤复合材料悬臂梁的前三阶固有频率,应用频率指纹对复合材料脱层损伤进行识别。识别结果表明,利用结构的频率数据可以构造出一些仅与损伤位置有关,而与结构损伤程度无关的频率指纹。利用这样一些频率指纹可以进行结构损伤的定位。该方法简单可行,为复合材料结构损伤的无损检测提供了一条有效途径。     

基于固有频率改变率的复合材料层合结构损伤定位研究

本研究是在复合材料固化之前,将一定尺寸的聚酰亚胺薄膜插入复合材料结构中来模拟复合材料的脱层损伤.用自由振动的方法测定了含有损伤和无损伤复合材料悬臂梁的前三阶固有频率;结合有限元分析方法,对复合材料脱层损伤位置进行了识别.损伤位置的识别结果与实际结果基本一致.此方法对于解决复合材料结构损伤问题简单有效.     

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。     

风电叶片低阶频率识别的近似解法及试验

风电叶片截面具有不规则特征，采用传统的Bernoulli-Euler Beam模型求解其低阶固有频率非常困难。提出一种风电叶片低阶固有频率识别的新方法—矩阵传递算法。沿叶片展向将其离散为若干个二节点梁，对每个二节点梁段求出段矩阵，将总传递矩阵等效为若干个段矩阵之积。通过引入边界条件，编制程序对aeroblade3.6-56.4风电叶片的低阶固有频率进行数值计算。最后以该叶片为研究对象，构建一套大叶片模态参数识别试验系统，采用单点激励中的“不测力法”，加速度信号经过有限脉冲滤波器（FIR）和快速FFT变换后，得到最大挥舞、摆振方向(Max flapwise、Max edgewise)的低阶固有频率值。将计算结果与试验结果作对比，验证了矩阵传递算法应用于大叶片低阶固有频率识别的可行性。模态参数识别试验得到的频率值，也为后续的风电叶片疲劳加载试验打下基础。     

基于动柔度变化的结构损伤检测

采用一个四自由度的弹簧－质量系统。通过数据计算表明以动柔度作为损伤识别参数比单独用固有频率或振型时的灵敏度高。本文提出了以动柔变化矢量为损伤识别参数,采用神经网络方法建立了动柔度变化矢量与损伤位置和损伤量的关系,解决了结构的损伤定位和定量识别问题,用一个混凝土简支梁模型对该方法进行了验证,说明该方法是切实可行的。     

基于柔度投影法和遗传算法的结构损伤识别方法研究

结构的健康监测对于结构的安全运营和维持结构的性能非常重要。近年来，基于动态测试技术的结构损伤识别方法引起了工程界的广泛关注。损伤识别属于结构工程中的反问题。损伤识别需要解决三类问题：第一，判断结构有无损伤；第二，确定结构的损伤位置；第三，确定结构的损伤程度。将柔度投影法和遗传算法相结合，提出了一种结构损伤定位和定量评估的两阶段法。第一阶段，用柔度投影法进行损伤定位。柔度投影法能够仅用结构的低阶振动测试数据进行准确定位。第二阶段，将确定结构的损伤程度问题表达成优化问题，用遗传算法进行求解。文中给出了一种用于遗传搜索的新的目标函数形式。最后，用一平面桁架桥模型进行了数值模拟，验证了所提出的方法的有效性。此外，为了使所提出的方法更加成熟，文中进行了深入探讨，给出了一些结论，有益于今后的进一步研究。     

斜拉桥结构损伤定位的组合敏感指标法

研究斜拉桥结构在斜拉索和主梁组合损伤条件下的损伤定位问题。根据斜拉桥的受力特点，将其看作由斜拉索、主梁以及索塔组成的组合结构，对于斜拉索和主梁分别选取相应的损伤敏感指标，首次提出了斜拉索损伤定位的斜拉索索力指标，在此基础上提出了斜拉桥损伤定位的组合敏感指标法。为了降低测试数据噪声对损伤定位的影响，引入蒙特卡罗法提高方法的准确性和鲁棒性。对一斜拉桥结构进行了损伤识别的数值模拟分析，研究表明该方法仅需不完备的低阶振型模态和索力测试数据，即可实现斜拉索和主梁组合损伤的准确定位。     

基于克隆选择和粒子群混合算法的导墙结构损伤识别

导墙结构长期受到水流和风等交变荷载作用,容易产生结构损伤。由于环境激励输入的未知性以及测试条件和精度的限制,使得环境激励下大型水工结构的损伤诊断遇到了很大困难。基于此,提出一种利用实数编码克隆选择和粒子群混合算法优化模态频率指标的导墙结构损伤诊断方法。该方法仅需可测性强的低阶模态频率,非常适合于环境激励条件下的大型水工结构的无损动态损伤检测。将该诊断方法应用于某导墙的损伤识别中,证明该方法在算法全局寻优性能和识别准确性上均有较大优势,可尝试在各类水工结构的损伤诊断中推广应用。     

基于人工神经网络的结构损伤识别方法

根据观测的结构频率变化,建立了基于人工神经网络的悬臂梁结构损伤识别方法.把结构固有频率的变化率作为BP神经网络的输入参数,对悬臂梁结构模型进行了损伤数值模拟计算.为了提高神经网络的泛化推广能力和收敛速度,将BFGS优化方法应用到神经网络的训练过程中.数值计算结果表明,所建立的结构损伤识别方法具有收敛速度快、识别精度高等特性.     

整合统计的结构损伤动力诊断三步法

结构损伤诊断是结构健康监测的核心内容之一。在部分前人工作的基础上，针对土木工程结构损伤识别的妻求(单元级诊断)及实际工程中存在的测试噪声干扰问题，结合统计方法发展了一套由损伤识别、损伤定位的单元筛选和搜索、单元损伤反演组成的三阶段结构损伤诊断流程。利用钢筋混凝土三跨连续梁的有限元模型，在存在较大测试误差(模态随机噪声)的条件下，对单／多损伤工况进行了险证诊断，结果表明该流程强健有效，具有良好工程应用前景。     

基于遗传算法的结构损伤诊断研究

利用试验得到的振动参数评估结构的破损情况,是当前结构工程学科十分活跃的领域。本文引入遗传算法处理振动参数,进行结构的损伤诊断。为了让遗传算法更适用于结构工程损伤诊断领域,提出了多父体变量级杂交和变量微调等新的改进策略,并运用于固端梁的损伤诊断,取得了满足工程要求的结果。在识别过程中,遗传算法用到的信息有前二阶固有频率和其相应的振型及前三阶固有频率和第一阶振型,充分说明了遗传算法可在已知信息不多的情况下找到最优解,为结构损伤诊断开辟了一条新路。