火箭蒙皮上梁结构的损伤识别方法研究

针对火箭蒙皮上梁结构损伤识别问题,首先利用基于模态应变能的损伤识别指标,对火箭蒙皮上梁结构进行损伤位置识别,再利用基于广义柔度矩阵的损伤敏感函数并结合遗传算法,对火箭蒙皮上梁结构进行损伤程度大小的计算。该损伤识别方法以结构损伤导致模态参数变化为依据,通过对比损伤前后模态应变能变化构建损伤识别指标。在数值仿真中,对T型梁进行方法验证,发现该方法能够准确识别损伤位置和大小。最后根据火箭蒙皮上T型梁结构特点,设计试验并研究方法的可行性,发现在T型梁结构上,该方法能够有效地识别损伤位置和大小,误差均在5%以下。     

火箭蒙皮上L型梁损伤识别方法的仿真研究

利用基于模态应变能的损伤识别方法,对火箭蒙皮上L型梁进行损伤识别方法的可行性研究。该损伤识别方法以结构损伤导致模态参数变化为依据,通过对比损伤前后模态应变能变化率以及模态应变能曲率差构建损伤识别指标。在无噪声的情况下,两个指标都能较准确地识别及定位出损伤,且模态应变能曲率差的识别效果要好于模态应变能变化率。最后在随机噪声的情况下,发现两个指标在模态数据测试较多及噪声水平不是很高的情况下,识别效果较好。     

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。     

基于模态应变能和小波变换的结构损伤识别研究

针对单一方法对结构同时发生多处不同程度损伤识别的不敏感性缺陷,本文结合小波变换在时域、频域内表征信号局部特性且能够聚焦到信号或函数的任意细节进行处理的能力,提出了一种基于单元模态应变能和小波变换的结构损伤识别方法。在单元模态应变能基础上,利用小波变换系数的变化和分布情况构建单元模态应变能小波变换结构损伤指标,通过对简支梁的数值模拟和斜拉桥模型试验研究的结果与单元模态应变能平均变化率作为损伤识别指标的计算结果进行对比,结果表明该方法能有效确定结构同时发生多处不同程度损伤的位置和估计损伤程度,为实际工程应用奠定了基础。     

基于工作应变模态损伤识别方法的试验研究

首先介绍了笔者近几年提出的工作应变模态频域识别方法、基于损伤应变模态差分原理的损伤位置直接指标法、基于局域应变模态面积的损伤程度直接指标法。为了验证所提方法,开展了悬臂梁多损伤物理模型试验及数值仿真计算分析,结果表明,利用该方法识别出的工作应变模态与锤击激励下的应变模态形状相似。初步验证并完善了损伤位置、损伤程度直接指标法。位于损伤处的损伤位置直接指标值远大于非损伤处指标值,识别出的损伤位置与实际损伤位置一致;同一损伤量下的损伤程度指标值变化不大,与损伤位置、模态阶数、是否归一化无关;对于多损伤结构,只要损伤间距大于影响区范围,损伤位置、损伤程度即可按单损伤方法确定。     

比例损伤结构的两阶段损伤识别研究

为了提高结构的多损伤识别效率,提出一种先利用归一化条件下的模态应变能变化进行结构损伤定位,然后再利用改进的频率变化法进行损伤定量的两阶段损伤识别方法。该方法首先对损伤前后的单元模态应变能进行归一化处理,提出基于归一化条件下的模态应变能变化率的损伤定位指标并对结构进行准确的损伤定位识别;其次,在确定损伤位置的基础上,建立了只跟损伤单元数目相关的基于比例损伤模型的损伤定量方程,并用最小二乘技术进行损伤程度的求解。为了验证所提方法的有效性,以一个单跨6节平面桁架结构为例进行数值模拟。仿真结果表明,所提方法不但可以准确地识别出结构的损伤位置和程度,而且对测量噪声具有较强的鲁棒性。     

利用模态应变能变化率的结构损伤识别优化方法

针对结构损伤识别过程中存在的定位精度和量化分析不足的问题，提出一种基于结构振动响应的模态应变能变化率与优化技术相结合的损伤识别方法。利用两步法确定可疑损伤单元及对其损伤程度进行量化分析。通过有限元法建立结构的损伤特征模型，且利用单元模态应变能变化率指标构建损伤指标优化分析的目标函数。数值分析过程中，利用粒子群优化算法与遗传算法对设计变量进行优化分析。同时比较模态应变能变化率与小波分析两种方法下的损伤定位的量化分析效果和识别效率。在实际算例中，利用梁结构进行损伤识别优化方法的结果验证。结果证明该方法能够显著提高结构振动损伤和定位的有效性。该方法不仅能够快速和精准地进行结构损伤量化分析，比小波方法具有更好的定位效果，而且能够提高量化分析的识别效率。但该方法在实施过程中的定位精度容易受到噪声的影响，通过优化目标函数可在一定程度上提高该结构损伤识别方法的抗噪能力。     

基于模态曲率效用信息熵的梁结构损伤识别

基于信息熵理论,结合现有的模态曲率指标在梁结构损伤识别中的优势,提出模态曲率效用信息熵指标。指标通过计算互重变化矩阵和权重-概率系数,综合地反映结构的损伤位置和损伤程度。采用简支梁算例对指标进行验证,结果表明:模态曲率效用信息熵充分利用了模态曲率对损伤位置较敏感的优势,且能有效地克服其不足之处,能够准确地定位结构的损伤位置,定性反应损伤程度且具有良好的抗噪性,为梁结构的损伤识别提供了有效的理论借鉴。最后,以试验室简支梁模型作为试验对象,对所提指标在工程中应用的可行性进行了验证。     

高通滤波在损伤检测中的应用

提出一种基于结构模态的高通滤波损伤检测方法,该方法不需要无损伤梁的结构模态。把损伤梁的结构模态作为一组一维离散信号,包括变化缓慢的低频分量（结构模态）和变化迅速的高频分量（损伤）,运用数字滤波技术对其进行高通滤波,从损伤梁的结构模态中提取出高频成份,即模态中的损伤信号,从而可以直观的得到损伤的位置,数量和大小。给出了高通滤波方法的理论数值计算。分析了不同损伤位置和损伤程度的情况,并用铝质梁进行了实验研究,证明了此方法在梁结构损伤识别和健康监测中的有效性。     

利用模态试验参数识别结构损伤的神经网络法

利用结构位移模态试验和应变模态试验参数和神经网络方法对结构损伤定位和定量辨识问题进行了研究。为获得对结构损伤更加敏感的结构损伤识别指标,在分析现有识别指标的基础上,提出了用于神经网络方法的六种基于结构模态试验参数的损伤识别指标,并对它们进行了实例识别和比较研究。它们均能对结构的损伤进行预报,其中应变类型的损伤识别指标对结构损伤的敏感度比位移类型的损伤识别指标高。     

基于缩聚模态应变能与频率的结构损伤识别

在结构损伤识别中,测试振型往往是不完整的,这阻碍了结构损伤识别技术的应用效率。提出了一种采用缩聚应变能与频率相结合的损伤识别定性与定量方法。采用基于Neumann 级数展开的方法对有限元模型进行缩聚,定义了单元缩聚模态应变能,并证明了缩聚模态应变能的变化对损伤的敏感性;将单元缩聚应变能变化率作为标识量来识别损伤的位置;在损伤位置初步判定的基础上,采用特征值灵敏度法求解损伤程度。以一简支钢梁为例证明了所提出的方法。结果表明:在测量模态数据有误差的情况下也能较好地给出损伤识别结果。     

基于应变模态响应重构的损伤识别方法EI北大核心CSCD

土木结构的损伤识别技术对提升结构可靠性与安全性具有重要意义,也是土木结构健康监测研究中的热点问题。现有的损伤识别方法往往需要识别模态参数,或者需要准确获取结构外部载荷信息,极大限制了相关方法在实际工程中的应用。为克服现有方法的局限性,该文将结构动态响应重构方法引入到损伤识别中,提出了基于应变模态响应重构的损伤识别方法。构建结构健康状态的有限元模型,以损伤结构测量的信号输入,通过基于经验模态分解的应变重构方法,可以获取使用无损伤模型的结构全局模态响应。以传感器采集的模态响应和重构模态响应的差异作为有限元模型修正的依据,通过应变模态比值构建的传递率的灵敏度矩阵进行迭代运算,求得损伤位置及损伤程度。该方法无需获取结构的外部激励信息,通过高效的时域应变重构,能够在少量测量信号下实现对结构损伤的精确识别。为验证该方法的准确性和高效性,开展了连续梁单一损伤和多损伤识别研究,探讨了测量噪声和模态阶次选取对识别结果的影响,结果表明,该方法能够准确、高效识别不同程度的损伤,对测量噪声具有较强的鲁棒性。     

通过频率改变率进行损伤定位的方法研究

本文基于频率法进行损伤识别的基础，从理论上推导了损伤导致某阶频率降低与损伤位置的关系和该阶曲率模态／应变模态的振型变化相近。并通过数值仿真的结果验证了理论分析的结果。在此基础上给出了损伤状态下通过不同阶模态频率改变率比值来进行损伤定位的新方法，并将其应用于实际钢梁的分析中，得到了较好的结果。最后文中阐述了通过频率法进行损伤识别的优点和局限性。     

改进模态应变能法在混凝土组合箱梁桥损伤诊断中的应用

为提高结构损伤识别方法的准确性和对噪声的鲁棒性,将多源信息融合技术引入到结构损伤识别方法中。针对模态应变能法诊断结构损伤一般需要完备模态的特点,采用信息融合技术对各阶模态应变能进行融合,建立了基于信息融合的改进的模态应变能法。通过对一座预应力混凝土组合箱梁桥损伤识别数值算例的分析,可以看出该方法具有良好的损伤敏感性,仅需要较少的低阶模态就可识别结构的早期损伤;同时,该方法具有噪声鲁棒性,当加入噪声等于或小于10%时可以准确识别结构的早期损伤。因此该文提出的基于信息融合的改进的模态应变能法具有较好的工程实用性。     

Two-Stage Multi-damage Detection Method Based on Energy Balance Equation

In order to solve structural multi-damage identification problem, a two-stage damage detection method based on energy balance equation and evidence fusion is presented. First, a Frequency Change Identification (FCI) method and Modal Strain Energy Dissipation Ratio (MSEDR) method are utilized to preliminarily identify structural damage locations, and then a Fusion Damage Localization (FDL) method based on evidence theory is proposed to precisely detect damage locations. The FDL method mainly utilizes evidence theory to combine both the FCI localization information and the MSEDR localization information. Thus, more precise damage localization information can be acquired. After the damaged locations are determined, an Energy Balance Equation (EBE) index is presented to identify structural damage extent. Considering that strain energy dissipation should be equal to the change of modal strain energy, a quartic EBE equation is deduced, and structural damage extent can be obtained through the solution of the equation. An average quantification index is also proposed to improve identification precision. The simulation results demonstrate that the FDL method can perfectly detect structural damage locations, and the EBE index and average index can identify structural damage extent.     

结构破损定位的单元模态应变能变化率法

提出了结构单元模态应变能的概念，并导出了基于单元模态应变能变化率的结构破损位置的诊断方法。该方法仅以结构破损前后的模态振型和单元刚度矩阵为输入信息。算例的数值结果表明，该方法简便、有效。     

大跨斜拉桥扁平钢箱梁的多尺度损伤分析研究

以润扬大桥斜拉桥为分析对象,提出了扁平钢箱梁结构的多尺度损伤分析方法。采用子结构方法将钢箱梁结构全尺度动力响应和细节尺度构件损伤相互衔接实现多尺度损伤分析。在此基础上对模态曲率、模态应变能、模态柔度和斜拉索索力指标的损伤识别效果进行了比较研究。分析结果表明:(1)无噪声情况下,除了模态柔度指标不能够正确识别钢箱梁腹板损伤以外,各损伤指标均能正确识别其余所有损伤工况。(2)对大多数情况,柔度指标的抗噪性最好,曲率指标和应变能指标次之,索力指标最差;(3)应变能指标和柔度指标在钢箱梁结构损伤定位上具有一定的互补性。     

基于模态应变能耗散率理论的结构损伤识别方法

本提出了基于模态应变能耗散率理论的一种新的结构损伤识别方法。表示结构损伤的损伤变量的概念来自于材料领域，并推广到了构件和结构；在此基础上，结构单元的损伤变量是通过建立模态应变能耗散率和相应的结构损伤前后的应变能变化的关系而获得。该方法所要求的结构损伤前后的振型模态可以是不完备的。对测量噪声的影响具有较强的鲁棒性。最后，通过数值算例的分析结果说明，该方法简便、有效，可定位结构的损伤和识别损伤的程度。     

基于振动测试的海洋平台结构无损检测

针对海洋平台等复杂大型土木工程结构物，研究基于振动测试的无损检测方法，提出了一套利用结构单元模态应变能特性的新损伤诊断方法。该方法是将结构单元的模态应变能分解为拉压模态应变能和弯曲模态应变能，并定义了两个损伤诊断指标，即拉压模态应变能变化率(CMSECR)和弯曲模态应变能变化率(FMSECR)。模态应变能是通过结构不完备模态振型和结构刚度矩阵计算出的，因此，可以通过振动测试得到结构单元的两个损伤指标诊断结构的损伤。为了验证本文所提出损伤诊断方法的正确性，利用海洋平台有限元模型数值模拟了三个典型的损伤工况。根据损伤诊断结果，本文所提方法能够得到较满意的诊断精度，具有一定的实际应用价值。