结构损伤诊断的模态柔度差曲率法

为了使损伤更加明确显示,在求得结构损伤前后的模态柔度差之后,建立模态柔度差曲率作为二维结构的损伤指标来诊断损伤。考虑多种损伤情况,对二维结构进行了数值模拟,并用不同类型的指标进行了诊断。对比结果表明,该文指标与模态柔度曲率差指标所得结果基本上是相同的,且该文方法计算工作量要小。为了弥补利用模态柔度曲率差指标在诊断三维结...     

基于模态柔度曲率的损伤检测方法

由于模态柔度对结构损伤的高灵敏性,各种基于模态柔度的检测指标在结构无损探伤NDE(Nondestructive Damage Evaluation)中应用较多,如模态柔度差、模态柔度改变率和均匀荷载面曲率差等。这些指标经应用验证都具有一定的有效性。在此基础上,采用模态柔度曲率的改变构建一种新的指标,称为模态柔度曲率差(MFC)。尽管均匀荷载面曲率差也采用曲率,但不同的是它先将模态柔度矩阵按行加起来,再求损伤前后的曲率差。而提出的模态柔度曲率差则按列计算损伤前后模态柔度矩阵的曲率差,然后挑选每列里面最大的值作为指标。采用一个简支梁和一个四跨连续梁为算例,考虑各种损伤情况,将该指标与模态柔度差、模态柔度改变率和均匀荷载面曲率差、以及振型曲率改变率等指标进行了比较,证明了模态柔度曲率差检测损伤的有效性和优越性。     

基于柔度差曲率矩阵的结构损伤识别方法

柔度是较频率和位移模态更敏感的结构损伤标示量。提出利用结构损伤前、后的柔度矩阵,先后对柔度矩阵差的列、行进行两次差分,求得柔度差曲率矩阵(δFlexibility Curvature Matrix),并以其对角元素作为检测结构损伤指标(δFCMD)的新方法。该方法仅需低阶模态参数即可进行损伤检测,不论对简支梁、悬臂梁、固支梁,或多跨连续梁,单一位置损伤、支撑处损伤、轻微损伤,还是多种损伤共存,均具有损伤定位的能力、并能定性反映损伤程度。通过与已有的柔度差、柔度变化率、均匀荷载面曲率差等柔度指标的数值模拟分析研究,显示了该指标检测损伤的有效性和优越性。     

柔度曲率法在输电塔损伤识别中的应用

在结构指纹识别方法中,基于柔度法的损伤识别方法能够较好地识别损伤所在位置及程度,在柔度法的基础上构建柔度曲率损伤识别指标及柔度矩阵曲率差损伤识别指标,并将其引入到输电塔结构损伤识别中。由于输电铁塔具有三个平动分量,所构建的两种损伤识别指标也具有三个方向分量,其在输电塔上的识别效果需要进一步分析。建立51 m酒杯型输电塔模型,分别采用两种指标对结构不同程度的单损伤及多损伤进行识别。研究结果表明,仅结构垂直方向分量的损伤识别指标能够识别结构损伤,但柔度曲率对于小损伤位置无法识别;柔度矩阵曲率差对小损伤位置也能较好地进行识别。     

基于模态柔度矩阵的结构损伤识别

基于模型修正技术的结构损伤识别方法,无需事先知晓结构的损伤位置,比仪器直接探测更具优势。模型修正大多以模态频率和振型为修正目标。然而,结构损伤对系统的模态频率和振型影响较小,采用模态频率和振型为目标的传统修正方法,难以识别出结构的损伤。为此,引入对结构损伤极为灵敏的模态柔度矩阵,研究以模态柔度矩阵为目标函数的损伤识别方法。选取某带孔的矩形长铁片为研究对象,沿其纵向等分为31块,计算模态柔度矩阵关于各等效模量相对量的灵敏度。结合灵敏度矩阵,利用实测和有限元模型间的柔度矩阵残差建立目标函数,并引入正则化方法求解目标函数的超定方程组。经过9次迭代目标函数收敛,损伤识别结果与实际值保持高度一致,从而验证该方法的正确性和实用性。     

利用模态参数进行弹性薄板的损伤识别

以一四边简支矩形弹性薄板为研究对象，通过数值计算得到板损伤前后的多阶模态，进而利用板损伤前后的位移振型比及柔度差来进行板的损伤识别研究。结果表明一阶振型比及柔度差均可用于结构损伤的检测与定位，并能大致判断损伤的程度。其中又以一阶位移振型比的精度为优。     

工程结构损伤识别的柔度方法研究进展

工程结构的损伤识别问题是目前的研究热点,近年来已提出许多种损伤识别方法。其中,柔度方法因计算简单实用性强而倍受人们关注。本文综述了近二十年来基于柔度变化的结构损伤识别方法,按照计算方法和采用数据的不同将柔度方法进行了分类和归纳,阐述了各类柔度方法的基本原理和主要的计算公式,并分析和比较了各类柔度方法的优点和不足之处。最后讨论了柔度方法尚存的未解决难题并对后继研究方向作了展望。     

利用曲率模态识别桥梁损伤的研究

针对在利用曲率模态识别桥梁损伤过程中遇到的一些问题,得出了适用于桥梁损伤识别的曲率振型计算公式;提出了曲率振型规范化处理方法,以便于识别结构损伤程度;对曲率零点处的变化量计算作了特殊处理,以避免此处引起的损伤识别干扰;并给出了传感器足够密集时的损伤程度估计公式,最后通过数值仿真验证了上述方法的有效性。     

环境激励下结构损伤识别广义柔度扰动法

提出一种环境激励下检测结构损伤的广义柔度扰动方法,所提方法只需要利用结构振动的少数低阶模态参数,并通过引入振型归一化系数来解决环境激励下不能获得归一化振型的问题。通过对广义柔度扰动方程作适当的变形,并利用矩阵的拉直和广义逆技术,最终可把各单元的损伤参数和振型归一化系数一并予以求解。所提方法不仅能够识别出结构的损伤状况,还能获得振型归一化系数,且理论简单,易于计算机编程实现。算例结果表明：仅采用环境激励下的第一阶模态数据,本文方法能够较好地识别出算例结构的损伤状况,且能得到比较精确的振型归一化系数,具有良好的工程应用前景。     

模态曲率差法对梁结构的损伤诊断

首先在理论上证明模态曲率差法,对结构损伤识别的可行性,提出了用损伤前后的模态矢量差,来计算结构损伤因子矩阵的计算公式。为验证方法的正确性,采用一个标准梁算例给予验证,算例表明该方法对结构的损伤位置和损伤程度具有准确的识别能力。并在此基础上,根据两个线性假设,提出了一种可用于评价结构寿命的简易、有效的计算方法。     

模态试验在梁损伤诊断中的应用研究

针对位移模态参数对结构损伤欠敏感，应用应变模态试验技术诊断结构损伤位置和程度。根据模型梁试验，重点比较研究损伤对位移模态、应变模态影响规律及其灵敏程度。得出应变模态对非节点损伤非常敏感，在损伤处附近发生突变，应变值分布也有较明显改变，尤其是跨中损伤第一阶、四分之一跨损伤第三和第二阶。     

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。     

斜拉桥桥面结构损伤位置识别的指标比较

以香港汲水门大桥为背景,应用高精度三维有限元模型,对斜拉桥桥面结构损伤位置识别的模态曲率指标、模态柔度指标和斜拉索张力指标进行了比较研究.主要比较了(1)在无噪声情况下,三损伤指标对各种不同损伤情况的识别效果;(2)三损伤指标对损伤程度的敏感性;(3)三损伤指标的抗噪声能力.获得以下结论:(1)曲率和柔度指标在损伤定位上对不同类型的损伤情况显现一定的互补性;(2)同曲率和柔度指标比较,索张力指标对不同的损伤程度呈现较好的稳定性;(3)对大多数损伤情况,柔度指标的抗噪性最好,曲率指标最差.     

基于应变模态差分原理的直接定位损伤指标法

目前应变类损伤指标大多数只能利用损伤前后的模态参数进行损伤定位，但要得到损伤前的模态数据非常困难，难以在土木工程中推广应用。为此提出了无健康标准下基于损伤应变模态差分原理的直接定位损伤指标法ISMSD（Strain Mode Shape Difference），只需利用损伤后应变模态数据即能定位损伤。推导了损伤应变模态等间距和不等间距差分格式。在综合考虑相邻两有效极值点间有效距离比、有效极值之差绝对值、有效极值绝对最大值的基础上，建立了直接定位损伤指标数学模型。根据理论推导和数值仿真统计分析，提出损伤位置判定准则：若某点的每阶指标值均最大，则该点有损伤；若某点的某阶或多阶指标值越大，则该点损伤可能性越大；对于某阶节点损伤，则可通过其余阶的指标值定位损伤。该指标能正确地判定损伤位置，尤其是损伤量较小情况。     

基于BP神经网络与柔度变化的结构破损诊断

提出了一种基于BP神经网络的结构破损诊断方法,该方法以结构破损前后柔度的变化作为破损诊断的网络输入,为了解由于系统响应样本数据空间分布不均匀对网络收敛速度及网络诊断的影响问题,对网络训练样本采用广义空间格点进行了变换,模拟算例及应用实例均表明,本文方法能准确诊断结构破损位置与严重程度,是一种有效的结构破损诊断方法。     

基于3D点云平均曲率估算的损伤参数计算

针对高速滑动电接触滑轨表面的微小损伤,基于激光扫描3D点云平均曲率估算的原理,提出一种表面微小损伤特征参数的定量表征方法。对3D点云数据进行去噪、滤波平滑、数据精简、k-邻域搜索等处理后,进行局部二次曲面拟合,估算出点云的平均曲率,设定曲率阈值实现损伤区域特征点云提取,对损伤区域进行定位,进而计算被测滑轨表面的微小损伤的体积及质量损失。实验研究表明:被测滑轨表面损伤质量的测量精度可达mg级,验证了该方法的有效性。     

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。     

Damage identification by the eigenparameter decomposition of structural flexibility change

The use of changes in dynamically measured flexibility matrices to detect structural damage has received considerable attention during the last years. A new flexibility‐based method is proposed in this study to provide an insight to the characterizations of structural damage. The presented method makes use of the eigenparameter decomposition of structural flexibility change and approaches the damage identification problem in a decoupled manner. First, a theory is developed to determine the number of damaged elements according to the number of non‐zero eigenvalues of structural flexibility change. With the number of damaged elements determined, the localization and quantification algorithms are then developed. The proposed method is applied to three numerical examples and its efficiency is demonstrated through damage simulations. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.