基于曲率模态查的四边简支薄板的损伤检测

本文采用结构损伤前后振动的曲率模态差来检测薄板结构的损伤,引入微分几何理论中曲面上一点的高斯曲率概念,通过该点上两个主曲率求其高斯曲率,同时用中心差分求解薄板结构损伤前后的曲率模态值,利用其差值确定薄板的损伤位置,进而确定损伤程度。数值仿真的损伤检测算例表明,曲率模态检测方法的损伤识别精度令人满意。     

薄板损伤检测的高斯曲率模态差方法

采用结构损伤前后振动的曲率模态差来检测薄板结构的损伤,引入微分几何理论中曲面上一点的高斯曲率概念,通过该点上两个主曲率求其高斯曲率,同时用中心差分求解薄板结构损伤前后的曲率模态值,利用其差值确定薄板的损伤位置,进而确定损伤程度。数值仿真的损伤检测算例表明,曲率模态检测方法的损伤识别精度令人满意。     

结构损伤识别的广义均布载荷面法

针对多数情况下受损结构的损伤前参数无法获得,且实际中结构高阶模态较难获取的问题,从理论上推导并提出广义均布载荷面的损伤识别方法。分别构建广义均布载荷面曲率和基于最小二乘多项式拟合广义均布载荷面曲率的损伤指标。以两端固支的 T 型简支梁为例,数值分析和对比柔度曲率、均布载荷面曲率、广义均布载荷面曲率和基于最小二乘多项式拟合广义均布载荷面曲率四种指标的损伤识别效果,结果表明：上述四种指标均只需低阶模态参数就可识别出损伤,但后三种指标的识别效果优于第一种;广义均布载荷面曲率指标比均布载荷面曲率指标截断误差小,并具有一定的抗噪性;只有基于最小二乘多项式拟合广义均布载荷面曲率指标只需结构损伤后的参数,更具有实际应用价值。     

利用模态柔度曲率差识别框架的损伤

采用结构模态参数进行损伤识别是研究较早，应用较多的无损探伤检测方法。提出了一种称为模态柔度曲率差的损伤检测指标。该指标利用模态柔度，不仅比频率和振型更敏感，而且对高阶模态的依赖大为减小。此外，曲率的采用也增加了其对损伤的敏感程度。对两个框架有限元模型进行了分析，详细比较了该指标和振型曲率改变率等其它一些指标在不同的损伤分布和损伤程度下的损伤识别效果，发现模态柔度曲率差识别效果最好，结果最稳定。     

利用振动响应的多种结构损伤识别方法比较

利用梁结构的不同模态参数(位移模态、转角模态、曲率模态)开展了梁结构裂纹萌生阶段的小尺度损伤识别方法的研究。首先,通过振动响应计算两跨简支梁的位移模态、转角模态以及曲率模态。其次,结合连续小波变换多分辨率和奇异性分析特性,计算3种模态参数变换后的小波系数,以辨识结构模态参数的奇异性。再次,通过对数值仿真数据加入不同程度随机噪声的方法来对比分析各方法对于结构损伤的识别效果。最后,通过实验测试数据分析各模态参数的损伤识别方法对于实际结构损伤识别的效果。结果表明,基于3种不同模态参数的损伤识别方法均能对小尺度的结构损伤进行定位,但各方法的抗噪性能不同,转角模态的抗噪性能最好,而位移模态次之,曲率模态较差。实验结果显示利用转角模态参数的损伤识别效果较好,而根据位移模态与曲率模态参数的识别效果相近,但曲率模态参数方法在较小损伤处的识别结果更容易被干扰。这为在工程实际中根据环境及振动响应特点进行损伤识别参数的选取提供了一定参考。     

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。     

基于间接法识别的桥梁振型的损伤定位方法

基于模态振型曲率变化的损伤定位法具有原理简单、结果直观、效率较高的优点,但其对高空间分辨率和基准振型的需求及中心差分法导致的低抗噪性,极大的限制了其应用范围。提出了一种基于间接法识别的桥梁振型的损伤定位指标。利用希尔伯特变换从移动车辆响应中提取出高空间分辨率的损伤桥梁振型;采用区域振型曲率替代传统的振型曲率,多项式拟合估计未损桥梁的振型信息,综合有损与无损的区域振型曲率定义损伤定位指标;通过数值算例验证了所提出指标的有效性,并探讨了测试噪声、路面粗糙度等对定位精度的影响。     

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。     

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。     

基于改进小波包能量的梁式结构损伤识别

利用小波包变换技术将结构的节点曲率响应分解到不同模态,选择能量较大的结构单阶模态响应构造损伤指标,使得损伤指标具有较强的噪音鲁棒性和损伤敏感性。通过统计损伤指标超过损伤预警值的次数来识别损伤,进一步降低了环境噪音对识别结果的影响。通过多种不同损伤工况的简支梁数值算例和实验验证了该方法的有效性。结果表明,该方法能够用于工程实际,当响应信号中的噪音在10%以下时,此方法能够准确的识别出较小程度的结构损伤。     

考虑质量变化的空间拱结构小损伤识别方法研究

该研究针对空间拱结构损伤识别精度问题,提出了一种空间拱结构小损伤的动态识别方法。该方法在识别过程中考虑损伤区的质量变化的因素来提高了结构损伤识别的精度。在建立的空间拱结构损伤模型中,应用频率和振型的质量因子变化来表示损伤区质量的变化。应用Wittrick-Williams算法对损伤参数进行计算,根据计算结果来判定结构的损伤位置和程度。为了实现应用最少的测量模态和结构振动特性数据对结构损伤精确识别,建立了一个应用遗传算法的优化计算程序对损伤参数优化计算。在该优化程序中,应用初始的随机染色体群代表沿空间拱不同的损伤分布状况。通过对单一损伤、多个损伤区域和不同边界条件下空间拱进行损伤识别案例对所述方法进行验证,并分析解决了对称结构损伤定位唯一性的问题。结果表明,所提出的识别方法对空间拱结构的损伤具有较好的识别效果,所建立的损伤识别程序具有较高的识别精度。     

近断层钢筋混凝土框架结构地震倒塌机制分析

由于近断层地震动的特殊性,近断层混凝土结构的损伤倒塌较一般地震动下更为严重,其损伤过程和倒塌机制也更为复杂。采用改进的拆除构件法,对抗倒塌分析中传统的拆除构件法进行了改进,并结合近断层地震动下混凝土框架结构的反应特征,建立了典型10层钢筋混凝土框架模型,通过设置12种拆除工况,选取3条简谐波和3条实际近断层地震记录作为结构输入,进行动力弹塑性时程分析,研究了钢筋混凝土框架在近断层地震作用下的倒塌机制。研究表明,底层框架柱损伤对结构倒塌模式的影响较大,中、上部楼层框架柱损伤对结构倒塌模式的影响较小;框架柱不对称损伤对所在楼层层间位移的影响大于对称损伤的影响,角柱损伤的影响大于边柱损伤和中柱损伤的影响;即使结构的损伤部位不同,但也可能具有相同的倒塌模式;采用与结构基本周期相接近的简谐波作用能够从总体上模拟结构的整体倒塌模式。     

结合近似贝叶斯计算和改进群体蒙特卡洛抽样的结构损伤识别

为避免陷入低概率区抽样并提高抽样效率,改进了群体蒙特卡洛(PMC)抽样算法,再结合近似贝叶斯计算(ABC)和随机响应面(SRS)提出一种概率损伤识别方法。首先将ABC和改进PMC算法进行嵌套,利用每个迭代步的样本方差来搅动粒子群和求取自适应权重系数,再构造衡量仿真和实测样本间相似度的误差函数,用于替代似然函数;然后使用SRS建立结构随机响应的显式表达式,大幅提高响应统计特征值的计算效率;最后将求得的参数后验概率分布统计特征值作为损伤指标,根据损伤前后指标值的变化来判断损伤位置和程度。对试验钢筋混凝土梁的单、多工况损伤进行了识别,验证了所提出方法在保证参数后验分布估计精度的条件下,可以有效提高贝叶斯推断过程的计算效率。     

基于应变模态的轨道板裂缝与脱空识别方法研究

基于应变模态对损伤敏感、轨道板应变数据易于测量的特点,提出基于应变模态的无砟轨道轨道板裂缝与脱空识别方法。研究了轨道板的应变模态理论和应变模态分析方法。用数值仿真方法分析了损伤轨道板的应变模态特征,表明一阶应变模态振型在轨道板损伤区域有明显的弯曲,可作为损伤识别参数。提出了损伤识别的应变模态曲率差指标及其计算方法,研究了其对轨道板裂缝与脱空的识别能力和识别方法。应变模态曲率差对轨道板的开裂和脱空有很强的表征能力,应变模态曲率差矩阵的F范数可表征轨道板的开裂程度。     

框架结构在冲击荷载下的损伤与非线性分析

利用集中损伤力学的方法对三维框架结构在冲击载荷作用下的损伤分析。其基本思路是:把损伤参数作为系统的内部变量,在有限元的基础上,将连续介质力学、断裂力学和塑性铰概念结合起来分析结构的力学行为。最后通过对一个二层框架结构进行数值模拟分析,并与ABAQUS的计算结果作比较,验证其可行性。     

基于HVD包络谱瞬态能量曲率的井架钢结构损伤识别

针对复杂工作环境下井架钢结构损伤识别问题,提出了一种基于希尔伯特振动分解(HVD)包络谱瞬态能量曲率的井架钢结构损伤识别方法。已知非平稳、非线性的复杂信号,利用结构低阶信息,利用HVD法将其分解为拥有缓慢变化多个信号分量之和,选取主分量提取信号特征;对于井架钢结构损伤识别,利用HVD法提取振动信号的损伤特征,将HVD包络谱瞬态能量曲率作为损伤敏感指标;计算井架钢结构振动信号包络谱瞬态能量曲率完成损伤识别,以ZJ70井架钢结构为例,通过损伤识别仿真计算,得出该指标对井架钢结构损伤敏感,能够准确识别单损伤和多损伤位置;将该方法应用于ZJ70井架钢结构实验模型,成功地识别了单损伤和两损伤,验证了该方法的可行性和准确性。     

锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型研究

为建立锈蚀钢筋混凝土构件恢复力模型,本文通过对6个锈蚀钢筋混凝土受弯构件低周反复荷载试验,得到不同锈蚀程度的各试件的滞回曲线及骨架曲线,分析了钢筋锈蚀对试件抗震性能的影响。根据试验成果,结合钢筋锈蚀引起结构破坏形态的改变,综合考虑钢筋锈蚀后引起结构截面几何损伤、钢筋和混凝土力学性能降低、粘结滑移性能劣化以及结构刚度退化等各种耐久性损伤因素,并考虑箍筋锈蚀引起结构延性的影响,提出了锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型的确定方法。通过与试验进行对比分析表明模型描绘的骨架曲线和滞回曲线与试验结果总体吻合较好,所描述的现象与试验一致,该恢复力模型可在损伤钢筋混凝土结构地震反应分析中采用。     

基于激光超声二次谐波技术检测纤维增强树脂复合材料加固混凝土结构剥离损伤

纤维增强树脂(FRP)复合材料加固混凝土结构的早期剥离损伤往往趋向于闭合状态,传统线性超声技术对这种剥离损伤不敏感.本文提出了基于连续激光激发窄带超声波技术结合非线性超声二次谐波法检测FRP复合材料加固混凝土剥离损伤的方法,该方法通过强度调制激光技术在加固结构的表面激励窄带超声表面波,在超声波的扰动下,依据弹簧模型的接...     

NES减震RC框架结构节点动力性能分析

为研究NES减震装置对钢筋混凝土框架结构节点抗震性能的影响,设计加工出一种NES新型减震器,进行了一个缩尺比为1∶4的五层钢筋混凝土框架结构模型振动台试验,对NES减震框架结构的1层和2层节点处钢筋应变、节点破坏模式、结构位移及结构自振频率在震害后的变化情况进行分析研究。试验结果表明:NES减震器可以有效降低钢筋混凝土梁柱纵筋箍筋应变以及减少结构的相对位移,减缓柱底和柱顶塑性铰的产生;节点处出现了梁端破坏和节点内剪切破坏,基本实现了框架“强柱弱梁”机制;NES减震器能够有效减少节点处混凝土的剪应力从而缓解节点混凝土的剪切破坏,整体结构最终破坏是由于柱底钢筋屈服,柱脚混凝土被压碎,与底板连接松动导致;设置NES减震器后结构自振频率下降速率降低,NES非线性减震器在降低结构地震响应,提高结构抗震能力、减轻结构震害损伤方面具有良好的控制效果。     

基于损伤因子的板架结构损伤识别方法研究

用基于损伤因子的损伤识别方法对板架结构损伤进行识别。先将板架结构简化为多个板的组合;基于损伤前后模态振型从应变能角度推导损伤因子的表达式,用通用有限元软件ANSYS计算两种损伤工况下损伤前后的模态振型,再用B样条法拟合损伤因子曲面从而对损伤的位置进行识别。最后用实验验证了该方法。该方法对于识别板架结构的单个损伤具有较好的可靠性,并可以为识别多损伤位置提供较好的方法指导。