基于频率改变的结构损伤诊断方法

结构单元的损伤将导致损伤单元的单元刚度矩阵以及结构的总体刚度矩阵发生变化，通过损伤前后自振频率的改变，可对损伤单元刚度矩阵的损伤系数进行反演。本文发展了一种结构损伤定位和标定的两步方法，首先通过反演初步确定结构损伤的位置，然后将损伤单元（三维梁元）的刚度矩阵分解为拉压刚度矩阵和弯曲刚度矩阵，并分别对其损伤系数进行求解，从而确定截面积、截面惯性矩等单元截面参数的损伤情况。数值实验表明，该方法可对结构的损伤进行定位和标定。     

桁架结构损伤识别的最小秩方法

在结构损伤的早期阶段,损伤往往集中发生在少数单元,损伤前后总体刚度矩阵差的秩较小。本文给出一种基于矩阵最小秩理论的计算方法,对损伤结构的模态力余量方程进行求解,反演得到总体刚度矩阵的变化量。数值试验表明,该方法对桁架结构的损伤可进行精确的定位和标定。     

桁架结构损伤识别的最小秩方法

在结构损伤的早期阶段，损伤往往集中发生在少数单元，损伤前后总体刚度矩阵差的秩较小。本文给出一种基于矩阵最小秩理论的计算方法，对损伤结构的模态力余量方程进行求解，反演得到总体刚度矩阵的变化量。数值试验表明，该方法对桁架结构的损伤可进行精确的定位和标定。     

变截面直杆单元刚度矩阵的精确式

以一种新的思路和做法变截面直杆进行单元的分析,本文直接把变截面直杆作为单元,采用力法导出单元刚度矩阵通用式,确定两种常见截面变化规律直杆的单元刚度矩阵精确式。     

起重机箱形伸缩臂稳定性分析的精确理论解

运用二阶理论建立的梁－柱平衡方法导出平面梁单元刚度矩阵;在小变形条件下,该刚度阵精确地包含了梁单元的线性刚度阵和肉体刚度阵。由结构刚度矩阵行列式值为零的失稳条件导出结构失稳特征方程,从而精确地确定系统临界力值。本文以起重机箱形伸缩吊臂为例,对多节变截面阶梯柱的稳定性进行分析,给出任意阶起重机箱形伸缩壁临界力求解的精确递推公式。     

基于全量补偿算法的结构损伤识别

频率和振型是反应结构动力特性的主要模态参数,文中对损伤结构的频率和振型进行了研究。通过实测损伤结构的频率和振型,利用矩阵理论修正理论有限元模型,使之与实测损伤结构的频率和振型一致;将修正的理论有限元模型表达成单元刚度矩阵与损伤因子的线性组合,把损伤识别问题转化为组合系数的识别问题。给定损伤因子的合理取值范围,用优化方法求解损伤因子。通过对十跨桁架结构的数值仿真,仅用结构的前5阶频率和振型就能很好的识别结构的损伤,且该方法不需要对实测振型进行归一化处理,具有较强的实用性。     

等截面平面曲杆的单元刚度矩阵通用式

以一新的思路和做法对曲线形杆件进行单元分析。即直接把等截面杆作为单元,采用弹性中心法导出单元刚度矩阵通用公式。确定了圆弧杆件单元刚度矩阵精确式,保证了圆弧杆件单刚计算精度不受损失。     

不规则截面钢筋混凝土梁柱单元模型及应用

为了更好地研究钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学性能,建立考虑材料非线性和几何非线性耦合的钢筋混凝土梁柱单元模型.基于杆件分析的平截面假设和截面高斯积分法,应用钢筋和混凝土材料本构关系非线性,推导出不规则截面钢筋混凝土梁柱单元的截面刚度矩阵,进而通过虚功原理建立钢筋混凝土梁柱单元切线刚度矩阵;并采用弧长增量迭代法求解非线性方程组,编制不规则截面钢筋混凝土梁柱结构的数值分析程序.对规则和不规则截面钢筋混凝土框架进行了非线性全过程分析,理论分析结果与试验结果比较,吻合较好.表明所建立的钢筋混凝土梁柱单元模型适用于钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学分析;由于采用截面高斯积分法,对不规则截面的梁柱结构计算显得十分便捷.     

地下隧道-土体非线性动力相互作用的FE-IE-INE模型的研究

在考虑了土与结构的相互作用的基础上,采用FE—IE—INE模型来模拟土体的分层性、非线性以及土体和钢筋混凝土之间的滑移、拉裂、嵌入及土体的半无限边界．阐述了接触元建立的方法;推导了平行无限元的单元刚度矩阵方法以及无限元单元刚度矩阵组装成总体刚度矩阵的原理,通过对一双洞口矩形截面隧道的地震反应进行分析,为地下结构的抗震设计提供参考意见．     

变截面梁扭转的有限元分析

推导了变截面梁单元的扭转刚度矩阵和等效节点载荷公式。对于截面半径按线性变化的梁,运用该扭转刚度矩阵将得到精确解。对于变截面梁的扭转,若用等截面扭转刚度矩阵分段近似,需采用较多的单元数,才能使结果收敛于精确解。     

基于残余力向量法的桁架结构损伤直接识别法

提出一种基于残余力向量理论的桁架结构损伤直接识别方法.先由灵敏度分析,求出结构刚度联系矩阵,再由刚度联系矩阵将损伤后的刚度摄动矩阵展开成对角矩阵,代入残余力向量方程,得到由刚度联系矩阵表示的新残余力向量方程,经过整理,此方程可以直接求解,即可得到各杆件刚度的损伤量,由此可识别出桁架结构的损伤杆件及其损伤程度.最后以一桁架结构模型进行数值仿真分析.结果表明,该方法具有计算简单,计算量小等优点,仅需损伤后第一阶模态参数,就能够准确识别出结构的损伤情况,证实了该方法的有效性.     

基于残余力向量的框架损伤直接识别法

为直接识别出基于残余力向量法的框架结构损伤,提出先由灵敏度分析求得结构刚度联系矩阵,再由结构刚度联系矩阵将损伤结构的刚度摄动矩阵展开,得到新的结构残余力向量方程,通过求解此方程即可识别出框架结构的损伤位置和程度,最后运用所提出方法对三层框架结构进行损伤识别,结果表明识别精确度较高,从而验证了该方法的有效性.     

高层建筑结构的动力凝聚特性解析

根据高层建筑结构的特点,将常见的框剪结构和大开洞剪力墙结构简化为平面结构体系,采用两端带刚域且考虑剪切变形的单刚杆件.在进行动力特性分析时,采用动力凝聚方法把角位移自由度缩减掉以便从总刚中求侧移刚度矩阵,从而把原来的体系转化为带有集中质量的杆件模型,然后再将侧移刚度矩阵转化成正定矩阵,利用广义JACOBI法求出频率和振型,将上述方法进行编程,最后运用有关资料上的案例进行计算,对比计算结果,其精度满足要求,本文主要介绍了动力凝聚技术在求结构自振频率和振型中的应用及其优点,以及在编程过程中对结构整体刚度矩阵分块的处理方法     

基于刚度矩阵的桥梁损伤识别研究

结构损伤本质上是结构局部刚度和质量的改变,反映在结构动力特性上是模态参数的变化.针对桥梁损伤往往只是局部刚度改变的情况,提出一种基于结构及其子结构的刚度矩阵,利用固有频率和振型确定子结构刚度矩阵的改变程度,以及改变了刚度矩阵的子结构的位置,来判断桥梁损伤的位置及其程度的结构损伤识别方法.从识别结果看,该方法能对桥梁结构的损伤位置及其程度做出准确的识别.,     

剪切型框架模态参数的损伤敏感性分析

探讨了剪切型框架结构模态参数对损伤的敏感性,有助于进行进一步的结构损伤识别。从结构的固有振动方程出发,根据剪切型框架结构刚度矩阵特性,导出了结构固有频率、振型和振型斜率的敏感性系数表达式。对一个10层剪切型框架结构的数值分析表明,对于绝对敏感性系数,高阶模态参数比低阶模态参数对损伤敏感;对于相对敏感性系数,同一阶频率对不同处损伤的敏感性及不同阶频率对同一处损伤的敏感性均不相同;振型和振型斜率相对敏感性系数的最大值一般发生在最靠近振型节点的自由度处和振型斜率绝对值最小处,不能反映结构的损伤位置信息。     

基于应变模态和贝叶斯方法的杆件损伤识别

提出了一种基于空间杆系结构应变模态和贝叶斯统计方法的损伤识别方法。对于空间杆系结构,认为其杆件只承受轴向应力,因此,由节点位移可得出各杆件应变。文中采用一个转换矩阵来表示这种关系,进而得出应变模态的摄动矩阵。然后,对可能损伤的杆件乘以一刚度系数,由于应变模态误差能用高斯分布近似模拟,应用贝叶斯统计方法便可得到这些参数的概率密度函数。由此函数值的最大化构造目标函数进行优化,通过得到的各参数的最优解就能判断杆件的损伤状况。最后,通过数值算例对该方法进行了验证。     

利用HHT方法进行结构损伤检测研究

高频小波细节信号或内在模函数在时域的奇异性有可能是由于结构损伤引起的,也可能是由于外界环境如载荷突变引起的.针对该问题,利用Hilbert-Huang变换(HHT)方法,通过一个4层框架结构数值算例的计算,利用IMF瞬时频率的变化来区分2类不同的信号奇异性,从而判定结构是否发生了损伤.计算结果表明:损伤时间常数可以准确地由IMF中的信号突变时刻检测出,而且损伤位置可以利用信号奇异性的分布情况确定.