Damage identification method of girder bridges based on finite element model updating and modal strain energy

A timely and accurate damage identification for bridge structures is essential to prevent sudden failures/collapses and other catastrophic accidents.Based on response surface model(RSM)updating and element modal strain energy(EMSE)damage index,this paper proposes a novel damage identification method for girder bridge structures.The effectiveness of the proposed damage identification method is investigated using experiments on four simply supported steel beams.With Xiabaishi Bridge,a prestressed continuous rigid frame bridge with large span,as the engineering background,the proposed damage identification method is validated by using numerical simulation to generate different bearing damage scenarios.Finally,the efficiency of the method is justified by considering its application to identifying cracking damage for a real continuous beam bridge called Xinyihe Bridge.It is concluded that the EMSE damage index is sensitive to the cracking damage and the bearing damage.The locations and levels of multiple cracking damages and bearing damages can be also identified.The results illuminate a great potential of the proposed method in identifying damages of real bridge structures.     

材料大塑性变形损伤研究

综述了材料大塑性变形损伤的主要研究方法：基于位错的连续介质位错理论和分子动力学方法,基于宏细观损伤变量的损伤力学方法和基于裂纹及考虑损伤的断裂力学方法．评述了各尺度研究方法的研究概况、特点及其适用范围．重点介绍了材料变形过程损伤的模拟方法,以及运用有限元法进行损伤演化数值模拟的经验公式、统计模型和基于宏细观损伤变量的物理模型．     

分阶段结构损伤诊断方法

在现有分步损伤诊断方法的基础上,提出了一种3阶段结构损伤诊断方法。通过对遗传算法的特点进行分析,提出以逐步评定并排除无损单元的思路来处理结构损伤诊断问题。提出的分步方法中,应用了多次灵敏度遗传算法计算来进行无损单元排除,同时结合残余力向量指标对损伤大致位置进行判断。算例证明,在单纯用1种方法难以完成损伤诊断的情况下,用分步处理的方法能得到很好的效果,同时表明了多次灵敏度遗传算法计算是逐步排除无损单元的有效途径。     

基于柔度矩阵法的结构损伤识别

针对工程结构健康监测,研究了基于模态分析的损伤识别方法,提出了利用柔度矩阵进行损伤定位的新方法,此方法只需工程结构的低阶模态参数便可进行损伤定位.通过对悬臂梁在损伤情况下的数值模拟验证了该方法的有效性.柔度矩阵法能够准确地进行损伤定位,在工程中具有一定的实用价值.     

基于模态曲率理论及神经网络的简支梁桥损伤识别

针对多片简支梁桥损伤识别问题,提出了一种分步识别法。该方法综合运用模态曲率差及神经网络技术对结构损伤进行识别,能够有效地发挥两种方法的优点。最后以一座五片简支T梁桥为算例进行了数值模拟。模拟结果表明,该方法可以准确识别结构的损伤位置及损伤程度,是一种行之有效的简支梁桥损伤识别方法。     

电阻法在金属材料蠕变损伤检测中的应用

概述了国内外蠕变损伤的检测方法及现状,分析了金属材料在蠕变过程中损伤程度与电阻率之间的关系,提出了蠕变损伤检测的一种方法,对利用恒流源伏—安法测电阻,判断材料蠕变损伤情况的可行性进行了讨论与研究     

模糊评判法在埋地管道第三方破坏评价中的应用

针对当前城市埋地管线失效主要原因是第三方破坏的问题,运用模糊评判法对城市埋地管道进行第三方破坏风险评价。建立了第三方破坏评价指标体系,用"九标度法"建立两两判断矩阵,用"方根法"求出评价指标的权重,采用专家评分法建立模糊评判矩阵,再由模糊评判原理得出埋地管道第三方破坏可能性等级。该方法运用于工程实例,得到埋地管道第三方破坏可能性等级,并提出降低埋地管道第三方破坏的措施。结果表明:用该方法对埋地管道第三方破坏风险评价的结果与实际相符,能够为城市燃气管道安全管理提供依据。     

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。     

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。     

A hybrid multiple damages detection method for plate structures

A hybrid method is proposed value to properly identify(SVD)multiple is applied damages reveal for plate structures in this work.and In the to stage detect of the damage damage(ACO)localization,locations.singular In decomposition damage to on singularities in modal shapes,hence colony the stage of to quantification,damage based the detected for location information ant optimization algorithm between is the introduced natural estimate severity by searching damage evaluation database,natural which reveals the relationship frequencies and the damage severity.The modal shapes and the frequencies required in damage localization and quantification carried are obtained the via the wavelet of finite hybrid element method multiple method.for The numerical simulation with and experimental damages.investigation are out to test performance the to free aluminum plates multiple with And the results indicate that the proposed method is effective identify damages of plate structures reasonable precision.     

框架结构损伤识别的试验研究

结构损伤识别是开发结构安全监测系统中的一个重要课题。由于结构频率测试容易测试并且有较高的测量精度,因此成为损伤识别中广泛应用的模态参数。根据模态频率的灵敏度分析,本文提出了一种基于结构损伤前后频率变化测量的损伤参数识别方法,用于确定结构的损伤位置和损伤程度。多种工况的框架结构模型的损伤试验结果表明:对于层间剪切结构,通过结构频率变化率法可以确定结构的损伤位置和损伤程度。     

基于应变能均化指标和云模型的结构损伤识别

为了解决测量噪声等引起的损伤识别不确定问题,提出了基于应变能均化指标和云模型相结合的识别方法。分析了结构的模态应变能以及两种损伤指标,并考虑到模态应变能耗散率指标和等效指标之间的互补性质,通过均化方法建立了模态应变能均化指标;给出了云模型的基本理论,分析了云模型的数字特征、云处理算法以及确定度计算方法;结合随机测量噪声等引起的不确定性问题,建立了基于应变能均化指标和云模型的损伤识别方法。数值计算结果表明,应变能均化指标的识别结果略优于应变能耗散率指标和应变能等效指标,当考虑随机测量噪声时,云模型与应变能均化指标相结合的方法可以较好地进行含噪数据的损伤识别。     

基于地震损伤指数的地震人员伤亡预测方法

为弥补HAZUS方法在损伤中值确定中存在的主观性等不足,引入Park-Ang损伤模型中的地震损伤指数概念,采用HAZUS方法的理论框架,提出基于地震损伤指数的地震人员伤亡预测方法.通过对某6层钢筋混凝土框架进行地震人员伤亡分析,表明提出的方法在地震人员伤亡预测中的科学性和可行性.     

基于模型缩聚的θ指标损伤识别方法

为实现大型三维空间结构的损伤检测,提出了一种基于模型缩聚技术的检测方法。该方法利用有限数量的加速度传感器,得到大型三维桁架结构的自振频率和模态振型,以完成损伤的识别。数值仿真结果表明：该方法在损伤的定位识别和定量识别上能达到预期的适用性和可靠性。     

基于模态曲率改变率的拱桥损伤识别

针对拱肋单元不同位置同一单元的不同损伤、不同单元同一损伤的情况进行研究分析,通过有限元分析,研究了改进的模态曲率改变率对损伤识别结果的影响和敏感性分析,对桥梁结构损伤情况的识别方法进行了研究。以一座下承式拱桥作为模型进行试验,发现：拱肋在同一单元发生不同程度损伤时,改进的模态曲率改变率法的损伤指标IMCI发生了突变;拱肋在不同单元发生同一损伤时,改进的模态曲率改变率指标也会发生突变,说明该方法能够比较准确、有效地对结构损伤进行识别。     

改进粒子群算法的两阶段梁式结构损伤识别

针对实际工程监测时损伤识别误差大的问题,提出一种基于改进粒子群算法的两阶段识别方案。第1阶段利用D-S证据理论融合算法进行损伤定位;第2阶段利用改进的粒子群算法,对定位结果进行修正,同时准确定量损伤。仿真算例和实验分析结果表明：由于第1阶段损伤定位减少了可能损伤单元的数量,第2阶段基于改进粒子群算法的搜索范围减小,能更准确地识别多损伤和小损伤的位置和程度,且抗噪性能良好。     

高柔悬臂结构损伤识别的约束柔度法

为了识别高柔悬臂结构的损伤位置和损伤程度,提出损伤识别约束柔度法。推导出等效抗弯刚度分别与柔度矩阵各元素和与任一阶模态参数的关系等式,基于任一阶模态参数,将高柔悬臂结构简化为弯曲型集中质量模型,分析基于弯曲型集中质量模型的损伤识别柔度法的病态性,引入约束条件,建立低病态性的方程组,通过解方程组识别损伤。数值算例表明,所提方法识别效果较好,明显改善了损伤识别柔度法的病态性。     

空间单层网壳结构损伤杆件位置识别试验

为解决空间钢结构震后常发生杆件损伤的位置识别问题,设计一个单层网壳结构试验模型,切断单个杆件模拟实际结构的杆件损伤,对该损伤杆件进行位置识别研究.首先,根据空间钢结构自由度多,模态密集等特点,基于小波包能量分析法处理频率密集信号的优势,应用单层钢网壳结构损伤前后两个监测阶段的加速度响应数据,建立抗噪性能和灵敏性较好的损伤杆件位置识别指标向量.再应用有限元软件ANSYS建立17组不同位置杆件损伤的数值分析模型,分别获得17组有限元模型损伤前后的加速度响应数据,通过小波包分析处理后将其损伤指标向量作为损伤识别样本库,再将具有单个杆件损伤试验结构的加速度响应数据处理后得到的损伤识别指标向量与损伤样本库中各杆件损伤位置的指标向量进行聚类分析,识别出实际结构杆件有可能的损伤位置.该方法能够快速识别出实际结构中损伤杆件可能损伤的区域位置,试验结果也验证了方法的可行性和有效性,为后续工程应用研究提供了理论和试验支持.     

砖烟囱震害预测方法研究

本文提出了砖烟囱震害预测的“简化模式法”,结合对历史震害资料的分析,给出了由典型烟囱的震害预测结果,外推群体预测矩阵的一般方法。     

考虑风速风向分布的干煤棚结构风振疲劳分析

针对大跨开敞式干煤棚结构在风荷载作用下易发生风致疲劳破坏的问题,基于干煤棚结构的多点同步测压风洞试验结果,结合Miner疲劳线性累积损伤理论,分别采用雨流法、等效应力法、等效窄带法和等效宽带法等时域与频域内多种方法,计算得到干煤棚网架的风致疲劳损伤结果. 通过建立风速风向联合概率密度函数,考虑煤棚所在地实际风速风向联合分布特性对风致疲劳损伤分析的影响,利用高强螺栓应力经验公式,估算网架结构球节点的疲劳损伤. 结果表明,等效宽带法是频域法中较精确的疲劳损伤计算方法. 与其他风向角相比,干煤棚网架结构在40°~60°斜风向作用下更容易引发疲劳损伤. 在考虑风速风向联合分布的条件下,螺栓球节点的年均累积疲劳损伤比杆件本身更显著.