基于模态频率的简支梁桥损伤识别模糊推理方法

为了有效降低不确定性因素对结构损伤识别结果的影响,提出了一种基于模糊推理系统的损伤识别方法。该方法以结构的前四阶频率变化率为损伤识别参数,以单元的损伤状态（轻微、中度、严重损伤等）为输出参数。通过在原始数据中添加高斯白噪声来模拟不确定因素的影响,简支梁桥的数值模拟分析验证了该方法用于桥梁结构损伤识别的有效性。结果表明,该方法的抗噪水平达到10％以上。     

基于模态应变能的海洋平台损伤定位试验研究

针对海洋平台等大型复杂土木工程结构，研究了基于振动响应测试的结构损伤诊断方法。采用特征系统实现算法，仅利用输出响应进行模态参数识别，基于模态应变能的变化来进行损伤定位。为了验证该方法的有效性，制造了钢质导管架式海洋平台模型，进行了振动台试验。模型预先在某些典型构件处设置了法兰连接件用来模拟损伤，针对斜撑构件测试了多种单损伤和两损伤工况。针对各种损伤工况进行了模态识别和损伤检测，试验结果表明，基于输出响应的模态应变能法进行斜撑损伤定位是可行的。     

圆截面梁结构中裂纹局部柔度的测量

作为梁类结构动力学特性分析和损伤识别的重要参数之一,裂纹局部柔度可以有效地反映结构的损伤程度和特征。通过对梁结构进行动力学建模和振动测试,给出了一种基于固有频率的圆截面梁结构中裂纹局部柔度的测量方法。首先为了获得裂纹梁故障数据库,建立了圆形截面裂纹梁结构的有限元模型,进而绘制结构的前两阶固有频率影响曲面。然后对裂纹梁结构进行振动测试,采用测试所得的结构前两阶固有频率去截取结构的前两阶固有频率影响曲面,绘制出裂纹位置和裂纹局部柔度所对应的结构前两阶固有频率影响曲线,利用其交点测量出裂纹局部柔度。这种方法可以被用于圆截面梁中不同类型和形状裂纹的局部柔度测量。     

基于随机子空间和统计模型的输电塔损伤识别

针对输电塔结构,给出一种基于随机子空间结合统计模型的损伤诊断方法,利用输电塔振动响应信号挖掘数据统计特征并构建高灵敏损伤诊断指标实现输电塔结构局部构件的损伤检测。首先,获取输电塔结构的瞬态动力响应数据;其次,利用随机子空间法识别模态参数,构造名义模态参数,并定义一个与参数识别过程相关的残差向量表征结构动力参数变化;最后,计算该残差对结构参数的灵敏度,并构造残差灵敏度的χ2统计量作为结构损伤诊断指标。通过数值模拟及现场试验对某足尺输电塔结构进行分析,结果表明,上述方法可有效对输电塔结构局部构件的螺栓松动、杆件破坏等损伤进行识别。     

基于频率变化率的结构刚度非均匀退化识别

针对不利环境作用、损伤等易造成结构局部损伤且刚度退化程度不均匀的问题,以受弯梁为研究对象,从构件动力特性入手,综合考虑损伤前后的模态挠度曲率和固有频率变化,提出了基于频率变化率的刚度非均匀退化识别方法。首先,在柔度矩阵的基础上推导模态挠度曲率,通过损伤前后模态挠度曲率的改变量识别损伤位置参数,判定损伤区域;其次,对损伤区域进行节段划分,从欧拉-伯努利梁的动力方程出发建立损伤程度、损伤区域位置参数与固有频率之间的矩阵函数,实现直接利用频率值变化评估构件不同区域损伤程度。研究结果表明,该方法能很好地识别结构局部损伤位置和损伤程度,尤其是对于结构局部刚度不均匀退化的评估具有明显的优势。     

AR参数灵敏度及结构损伤控制图识别

推导了时间序列模型的自回归参数对结构单元刚度损伤系数的灵敏度方程,并对该方程的正确性进行了验证。分析了自回归参数的灵敏度特性,在此基础上采用控制图进行结构损伤识别。该方法首先以结构在随机作用下的时域响应进行主成分分析;然后以第一主元建立适用阶的时序模型;最后以自回归参数建立休哈特控制图,通过自回归参数的统计性变化判断结构是否发生损伤。针对一梁结构,试验验证了控制图用于损伤识别的有效性和可行性。     

多裂纹梁不确定性损伤识别和实验研究

对于多裂纹梁识别过程中的测试数据的不确定性问题,基于传递矩阵法推导了悬臂裂纹梁的频率特征方程,构建损伤参数(损伤位置和损伤深度)和动态特征参量(频率和模态)的映射关系。基于贝叶斯推断理论建立了损伤参数识别的贝叶斯模型,选择均匀分布作为损伤参数的先验分布,以悬臂裂纹梁固有频率和模态振型的测试值作为样本信息,建立损伤参数的后验概率分布。采用马尔科夫链蒙特卡洛模拟方法来解决贝叶斯方程中存在的高维积分的问题,通过仿真算例分析和实验研究,实现了对多裂纹梁损伤参数的有效识别。     

基于有限元的单梁式起重机结构损伤识别

针对单梁式起重机的缺陷问题,将有限元法和小波变换应用到结构缺陷识别中.建立了单梁式起重机梁的有限元分析模型,模拟计算了移动载荷作用下,梁结构在未损伤、微小损伤和较大损伤下的动态响应,重点研究了梁结构损伤对梁跨中响应信号的影响,发现损伤裂纹会使得梁跨中的响应信号产生间断点.通过MATLAB软件对仿真模拟得到的信号进行处理,可以明显判断损伤裂纹的空间位置,模拟计算结果对起重机结构损伤的检测和识别具有重要意义.     

基于Guyan缩聚与均布载荷面曲率的柱壳损伤识别

针对工程中采用模态测试对火箭柱壳结构的蒙皮进行损伤识别时,存在高阶模态较难获取和实际结构测点自由度与模型自由度不匹配的问题,提出基于Guyan缩聚与均布载荷面曲率的损伤识别方法。通过对柱壳蒙皮有限元模型的2次Guyan缩聚,将其平动和转动自由度缩聚到法向上,并以法向的模态振型作为输入参数,构建基于均布载荷面曲率的损伤指标,数值分析了该指标对火箭柱壳蒙皮的损伤识别效果。结果表明：缩聚后的模型能够完全满足工程需求;所提方法只需低阶模态参数,不但可以识别出柱壳结构单损伤和多损伤位置,而且能够给出损伤程度的相对大小。该方法对工程实际中火箭蒙皮的损伤识别具有重要的参考价值。     

基于Kriging代理模型的结构损伤识别新方法

提出一种基于Kriging代理模型的损伤识别方法。利用初始样本建立结构响应与结构损伤参数之间的关系,代替原结构响应与结构物理参数之间的关系,有效减少损伤识别过程中反复调用有限元软件对结构进行网格划分和有限元计算的次数,提高了识别效率。采用加点准则对代理模型进行修正,保证代理模型可以准确反映结构响应与结构损伤参数之间的关系。通过一个管梁结构的数值算例验证了所提方法的有效性。最后,将该方法应用于某导弹发射台模型的损伤识别中,实验结果表明,该方法可应用于工程实际。     

弹性支承索参数识别方法

为了准确识别索参数,提出了采用有限单元法和系统参数识别技术相结合进行索参数识别的方法。考虑索的垂度、抗弯刚度、弹性嵌固和弹性支承等因素建立有限单元模型,采用反映出索非线性振动特性的轴力的梁单元模拟索。利用索特征值关于模型参数的灵敏度矩阵,建立了参数识别的理论/试验频率差与模型参数之间的关系式。该方法基于实测频率,通过迭代可以同时识别拉索索力和抗弯刚度。数值算例和试验验证了该方法的准确性和实用性。     

一种基于模型修改的结构多点损伤识别方法

可用于结构损伤识别的方法很多。一般来讲正向方法直接利用结构模态参数的变化，逆向方法则利用模态参数变化反演结构物理参数变化，还有些方法利用了神经网络和模式识别技术。文中利用模型修改的思想，通过逆向方法计算结构单元刚度变化系数来对结构的多点损伤进行识别。以一个七自由度弹簧阻尼质量系统作为研究对象，用数值模拟方法及特征系统实现算法计算系统的模态参数，并用这些模态参数验证所提出方法的可行性，结果表明该方法对多点损伤的识别是简单而可行的。     

利用局部振动频率识别框架结构构件刚度参数

鉴于依据结构整体动力反应很难准确识别结构局部构件的物理参数,提出了结构局部激振检测方法,既对结构局部进行激振,依据结构局部激振反应提取其固有频率,再利用此固有频率运用方法识别结构局部构件的物理参数。本文将框架结构中的梁柱简化为两端有弹性约束、具有等刚度和等分布质量的杆件模型,推导了这一模型的频率特征方程,并进一步分析了两端弹性约束对其振动固有频率的影响。仿真算例表明：在固有频率误差较小的情况下,本文方法可准确地给出构件抗弯刚度和边界条件。     

基于波传播和阻抗特性的裂纹梁损伤识别

基于结构振动波传播理论,讨论了在简谐力作用下,裂纹简支梁的弯曲波动解。为了描述由裂纹引起的梁中波传播的不连续特性,引入弯曲弹簧模型来模拟裂纹,并在此基础上提出了利用梁结构驱动点阻抗特性的裂纹损伤识别方法。以一裂纹简支梁为例进行了数值分析,得到了裂纹简支梁的驱动点阻抗特性曲线。从该曲线可以发现,梁的第一阶谐振频率和反谐振频率都随裂纹的出现而减小,并且频率减少量随裂纹尺寸的增大而增加。结合裂纹梁第一阶谐振频率与驱动点位置关系曲线,利用曲线上出现的突变点,准确地识别了梁的损伤状态和裂纹损伤位置。最后,利用已识别的裂纹位置和第一阶固有频率定量地识别了裂纹尺寸。     

基于小波熵指标的结构损伤检测

对小波熵在土木工程结构损伤检测中的适用性进行分析,利用小波变换时一频局部化性能,将小波分析和信息熵结合起来,建立小波能谱熵、小波时间熵和相对小波熵等结构损伤指标.通过数值模拟和工字梁的试验数据对各指标和损伤识别方法进行了分析检验,识别出模拟梁和试验梁的损伤位置.识别结果表明,基于小波熵的指标是一个对结构局部损伤敏感的、比较好的损伤指标.     

基于曲率模态与柔度曲率的损伤识别

以含两条裂纹的两端固定梁为例,采用曲率模态差和模态柔度曲率差来检测结构的损伤。首先将梁的裂纹模拟为无质量的等效扭转弹簧,推导了裂纹梁的特征微分方程,利用边界条件和裂纹位置的连续性条件推导得到该裂纹梁的振形函数解析表达式。然后用中心差分法分别求解裂纹梁损伤前后的曲率模态值和模态柔度曲率值,利用其差值确定梁的损伤位置,进而确定损伤程度。最后讨论了曲率模态和柔度曲率对结构损伤识别的敏感性。     

基于归一化主模态差的装配式钢桥导梁损伤识别

为了解决装配式钢桥在结构损伤下的识别问题,选取了归一化主模态差作为标示量,对装配式钢桥导梁结构进行损伤识别。通过实测模型与有限元分析模型的固有频率和对应振型比较,验证桥梁导梁有限元模型的正确性;提出了运用归一化主模态差曲线图识别桥梁导梁损伤的方法,利用结构损伤时归一化主模态比无损伤时的归一化主模态刚度下降,损伤节点处振幅相对于正常状态数值增大,产生归一化主模态差正向突变来反映结构局部损伤的位置和损伤程度。通过模拟六种工况得到结构损伤部位会引起主模态差曲线的正向突变;并且损伤程度越重,对应的归一化主模态差越大。验证了损伤状态和正常状态之间的主模态差曲线可以判别装配式钢桥导梁的损伤位置和损伤严重程度。     

弹性梁损伤识别模态应变能法

针对飞行器弹性梁结构的振动疲劳损伤问题,基于单元模态应变能的变化提出了一种新的结构损伤识别方法。该方法以结构损伤会导致其模态性能变化为原则,通过对比结构单元损伤前后模态应变能的变化率来构建损伤指标。在构建损伤指标之前,假定弹性梁的刚度是由单元刚度组成的,在定义单元刚度灵敏度公式的基础上,建立了弹性梁损伤前后模态应变能变化的联系。最后采用数值计算和实验测试方法,得到了弹性梁损伤状态的识别结果,验证了该方法对损伤识别的正确性和有效性。     

输入未知条件下框架结构的损伤诊断研究

提出将结构健康监测技术用于输入未知条件下识别结构损伤，确定结构损伤位置和损伤程度。该方法首先利用自然激励技术(NExT)结合特征系统实现算法(ERA)，从结构的动力响应信号中得到结构的模态参数(频率和振型)，然后利用所识别结构损伤前后的模态参数来计算结构单元损伤诊断指标值，用以确定结构的损伤位置和损伤程度。为了验证损伤诊断方法的可行性，将该方法运用于平面框架结构。算例结果表明，该方法能够精确定位出框架结构的损伤位置，并判断出构件的损伤程度，具有实际应用价值。     

基于贝叶斯方法的统计模型修正和结构概率损伤识别

提出了一个用马尔科夫链抽样的贝叶斯模型修正和损伤识别方法,用于对梁结构的损伤识别.首先建立了基于结构振动频率测量,确定其振型的目标函数,然后采用延缓拒绝自适应的马尔科夫链蒙特卡洛方法进行随机抽样,得到在完好状态和损伤状态下结构参数的后验概率,通过比较这两种状态下识别参数的概率密度函数,最终得到结构损伤的概率和损伤程度....