基于应变模态的结构损伤识别与定位研究

探讨了用应变模态对结构损伤进行分析的原理及损伤识别与定位的方法。以悬臂结构为研究对象,分析比较了因结构损伤引起的自振频率、位移模态和应变模态的变化。结果表明,应变模态对结构局部损伤的反应敏感,是对结构进行损伤诊断的较理想的损伤识别指标。     

基于响应功率谱传递比的应变模态参数识别方法研究

结构工程在建成服役后,其动力灾变和安全服役问题突出。在研究结构动力灾变机理和动力安全性评估时,一个关键问题就是正确地识别结构工作时的动力特性或模态参数。近年来,应变模态参数由于其对结构损伤较位移模态参数具有的更高的灵敏度等优点而受到较为广泛地关注,应变模态参数识别也成为了结构健康监测领域的研究热点。文章对基于功率谱传递比的应变模态参数识别方法进行了研究。论文构建了应变功率谱传递比的概念,证明了应变功率谱传递比函数在系统极点处具有与两测点应变振型之比等价的特性,并将其用于结构应变模态分析。最后,通过数值算例和实验梁振动测试分析验证了方法的准确性和有效性。     

模态分析在钢梁损伤识别中的应用试验研究

以一悬臂钢梁为研究对象,根据小孔应力集中原理,通过在不同位置钻孔对其形成若干局部损伤。试验时,对钢梁损伤前后分别进行了模态试验,包括位移模态试验和应变模态试验。试验结果表明:模态分析时,根据频率变化可以从整体上判断构件是否出现损伤,但无法判断损伤出现的具体位置;通过应变模态振型变化率可以准确判断出构件受损伤的位置,特别是第1阶模态振型变化率更具代表意义,而通过位移模态振型变化率则难以准确判断出构件受损伤的位置。研究成果可为应用应变模态分析对工程结构局部损伤进行识别提供科研依据。     

木梁基于曲率模态技术的损伤识别

利用有限元分析软件建立了木梁的损伤模型,获取了不同损伤参数的曲率模态;基于结构动力学中梁自由振动的理论,推导了木梁基于曲率模态的损伤程度判定理论;对人工模拟的损伤木梁进行了模态试验.结果 表明:曲率模态对损伤识别非常敏感,损伤位置可通过曲率模态图的突变判定,损伤程度可以根据突变程度判定;模态分析试验结果与有限元分析结果吻合较好;有限元算例和模态试验验证了损伤程度判定理论公式的适用性,采用曲率模态技术对木梁进行损伤检测是有效可行的.     

数字图像相关技术在结构损伤检测中的应用

结构损伤识别技术是结构健康监测的核心技术,也是健康监测的重难点之一。工程测量中受测量环境和技术的影响,很难获得完备的实验数据。论文利用一种新型测量技术,数字图像相关性(Digital Image Correlation,以下简称"DIC")技术,来提高模态应变能的识别精度。首先运用DIC技术和传统加速度传感器两种测量手段来获取固有频率和模态振型,实验结果表明,DIC技术获取的频率和振型与加速度传感器基本一致;随后对网壳结构进行基于DIC的模态应变能损伤识别分析,参数识别法获得模态振型及利用振型拟合得到的转角代入损伤识别指标进行损伤识别,结果表明,基于DIC的模态应变能损伤识别法能够有效进行损伤定位识别,且识别精度较好。     

基于应变时程数据的损伤识别方法

通过分析传统的应变模态方法,并在此基础上采用应变模态曲率差指标对一悬臂梁进行了损伤识别,发现该方法受到振型求解以及激励力的影响,识别效果不理想。所以对基于应变能量的损伤识别指标开展研究,发现该指标能够在不受激励力的影响下,避开复杂的振型求解,并通过提出的放大系数k对识别结果进行后处理,较好地提高了损伤识别效果。     

低温下钢结构裂缝损伤识别方法(Ⅱ)

利用截面抗弯刚度的降低来模拟这种裂缝损伤,并以简支梁为研究对象,分别针对单位置及其多位置损伤,利用有限元分析软件计算得到简支梁的位移模态,再通过应变和位移之间具有二阶导数的关系,对简支梁进行了应变模态分析。     

基于单元应变模态差的网架结构损伤诊断研究

对具有一定程度损伤的网架结构来说,常规的结构有限元分析或实验模态分析得到的位移模态和频率难以有效地反映结构的损伤状况。为了提高诊断效率与诊断结果的可靠性,根据空间杆系结构的受力特点,利用两节点空间铰接杆单元有限元法,由节点位移模态推导出单元应变模态,提出采用结构损伤前后的单元应变模态差作为网架结构损伤定位的识别指标,并以损伤单元应变模态的差值大小确定损伤程度。通过对一个典型网架结构的数值模拟研究表明:该方法能够在低阶模态条件下,有效识别网架结构不同位置和程度的局部损伤;且在一定噪声水平下具有较强的鲁棒性,适用于实际观测条件下的网架结构损伤定位。     

基于模态参数对损伤识别的探讨

简要介绍了四种方法对应的模态理论基础,通过试验研究验证了应变模态对结构局部损伤的敏感性,讨论了应变模态对局部损伤的敏感范围。研究表明,基于环境激励法的应变模态试验可有效地识别损伤位置。     

基于模态应变能的梁结构损伤识别

单元模态应变能法诊断结构损伤时理论上需要完整振型,而实测振型往往是不完备的。本文以梁结构为例,基于理论自由度和实测自由度相匹配的原则,对不完备振型信息进行扩充处理,然后再应用模态应变能的方法进行损伤识别。结果表明,当仅测得不完备的振型信息时,单元模态应变能法能很好应用于结构损伤识别,为实际工程的损伤检测提供了依据。     

基于模态应变能的桥梁损伤识别

桥梁结构损伤识别是对桥梁结构进行安全性评定的一个重要环节。文中以模态应变能变化率作为损伤定位的判别参数,对桥梁结构的损伤进行定位,以简支梁为数值模拟对象,说明该方法能够比较准确地对结构损伤进行定位识别和损伤程度评估。     

单元模态应变能变化率对框架结构的损伤诊断

对具有一定程度损伤的框架结构来说,模态位移动力检测指标难以有效地反映结构的损伤状况。为了提高诊断效率和诊断结果的可靠性,采用结构损伤的单元模态应变能变化率方法构造框架结构损伤定位的识别指标。通过对一个典型框架结构的数值模拟研究表明:该方法仅需低阶模态参数,无论是单一位置损伤、对称部位损伤、轻微损伤,还是多种损伤共存,均具有损伤定位的能力;且在一定噪声水平下具有较强的抗噪能力。给出根据损伤单元模态应变能变化率值的大小,确定损伤程度的实用方法。     

基于模态应变能的结构损伤识别研究

文中应用有限元分析软件ANSYS10.0建立一个平面刚架结构模型。通过有限元模态分析获得未损伤结构与损伤结构的固有频率和振型。应用单元模态应变能法对模型进行损伤定位。结果证明这种方法对于平面刚架的损伤识别是有效的。     

基于动静结合的桁架结构损伤识别研究

相对位移模态而言应变模态在桁架结构损伤识别方面更具优势。基于动态和静态损伤识别指标,提出动静相结合的新识别指标。新指标具有动测法和静测法的优点,能够在一定程度上过滤掉非损伤单元的干扰,较单独使用动态指标和静态指标更准确、更具优势。通过对一桁架结构的单处损伤和多处损伤进行数值模拟,并分别使用动态、静态和动静结合的三种指标进行损伤识别效果的比较,表明新指标更具优越性。针对算例中不同类型的构件同时损伤时,应变差较小的构件不易识别的不足,提出了二次识别或多次识别的解决方法。     

基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法

及时、准确地发现桥梁结构的早期损伤,避免桥梁结构的突然破坏或倒塌,无疑具有重要的理论意义和重大的社会经济效益。文章提出基于响应面模型修正技术和单元模态应变能损伤指标的结构损伤识别方法,通过简支梁室内模型试验来检验方法的有效性,进而以下白石大桥为背景,通过数值模拟方法基于响应面模型修正和单元模态应变能指标进行下白石大桥支座损伤识别。结果表明:单元模态应变能损伤指标对开裂损伤和支座损伤具有较好的敏感性,可识别出多损伤位置和损伤程度,具有应用到实际工程结构进行损伤识别的潜力。     

基于光纤光栅传感的结构损伤诊断试验研究

简述了光纤光栅传感器的传感原理。为了说明基于光纤光栅传感的结构损伤诊断的效果好,制作了带孔的悬臂梁结构,用盖板封住或去掉来模拟结构的完好和损伤,在结构开孔处和参考点处分别粘贴光纤光栅传感器来测量结构的应变模态,通过结构应变模态在损伤前后的变化作为结构的损伤指标识别结构的损伤。试验结果表明,光纤光栅传感器具有很高的测量精度,并能很良好地识别结构的损伤。     

基于D-S证据理论的结构多损伤识别结果融合研究

考虑噪声影响时,无论基于刚度矩阵损伤因子的损伤识别方法,还是基于模态应变能的方法对结构多损伤识别的效果均不太理想,容易造成误判。为此,采用信息融合技术的D-S证据理论将基于刚度矩阵损伤因子和基于模态应变能的损伤识别结果进行融合。平面桁架数值仿真结果表明,融合后能提高结构多损伤识别的准确性。     

低温下钢结构裂缝损伤识别方法(I)

钢材在低温下脆性增大容易发生脆性裂缝 ,本文利用截面抗弯刚度的降低来模拟这种裂缝损伤 ,提出了用应变模态方法来识别这种损伤。回顾了近 2 0年来损伤识别的方法 ,详细阐述了应变模态方法的理论基础 ,最后对应变模态法的工程实用性进行了评价     

无背索斜拉桥主梁损伤识别研究

基于动力测试方法,采用模态应变能理论对无背索斜拉桥进行了主梁损伤识别研究,得到能用于钢混叠合梁结构损伤的识别指标,假定结构存在不同位置和不同程度的损伤,运用数值模拟计算结果,得到主梁损伤前后的前5阶模态,选取损伤凸显效果最好的第3阶模态进行损伤分析,计算各单元的损伤指标,数值模拟结果表明,损伤指标在损伤单元处的数值是最大的,可以准确的判断损伤的位置和程度。     

钢筋混凝土梁应变模态研究

基于应变模态理论,采用应变计测量了钢筋混凝土梁的振动应变响应信息,从应变响应信息直接获取了钢筋混凝土梁的应变模态。通过与位移模态的研究对比分析,探讨了随机激励下应变模态理论及其识别方法对于钢筋混凝土梁结构在工程实际应用中的适应性与可行性。研究结果表明,文中所用应变模态识别方法完全可用于自然工况下钢筋混凝土梁结构工程实际应用的固有振动分析。