基于应变模态的模态应变能损伤识别方法

传统模态应变能计算需要完备模态振型信息,而模态振型信息中存在转角自由度难以准确获取的问题,为解决该问题,开展基于应变模态的模态应变能损伤识别研究,实现了结构损伤的定量识别。首先,通过基于应变与位移之间的联系,推导出应变模态与位移模态之间的转换矩阵;其次,利用应变模态代替位移模态计算单元模态应变能,建立基于灵敏度分析的损伤识别方程组;最后,根据奇异值截断法求解该方程组识别结构损伤。以一两端固支梁结构为对象,开展数值仿真和实验研究。结果表明,该方法可以有效识别出结构的损伤位置和损伤程度,相对于基于振型扩充的模态应变能损伤识别方法,具有更好精度和抗噪性能。     

基于激光扫描法的纤维增强复合薄板损伤定位研究

采用激光扫描法研究了纤维增强复合薄板的损伤定位问题。建立复合薄板激光扫描线框模型,在明确振型数据提取原理的基础上,提出二维五点三次曲面平滑法,并推导获得用于损伤定位检测的量化指标-损伤位置指数。编写Matlab计算程序,并给出基于激光扫描法进行损伤定位的具体流程。搭建激光扫描振动测试系统,并以带有纤维断裂损伤的TC300碳纤维/树脂复合薄板为研究对象,进行实际测试。试验结果表明,利用上述方法可以准确检测出复合薄板的损伤位置,该方法及相关试验系统可以为复合材料结构的损伤检测及识别提供一种新思路。     

基于受控结构动力特性和信息融合的损伤识别

提出了一种使用受控结构动力特性数据和运用信息融合技术进行结构损伤识别的方法。分别采用多损伤定位确信准则和结构的频率变化平方比相关性作为损伤识别指标,用状态反馈控制的方法有目的地对结构进行极点配置,得到所需的受控结构的特征频率和特征振型,以提高损伤识别指标对损伤的敏感度,然后用证据理论的方法将两者的识别结果进行决策级融合,得到一个更为可靠的损伤识别结果。数值仿真计算结果表明,所提出的方法能有效提高结构损伤识别的准确性。     

环境激励下检测结构损伤的柔度灵敏度方法

提出了一种利用环境激励下的模态数据检测结构损伤的柔度灵敏度方法,该方法是柔度灵敏度方法的一种推广.对于环境激励下所得的不归一化的振型,引入振型归一化系数,并把这些系数作为新的未知量,通过对柔度灵敏度方程作适当的变形,并利用矩阵的拉直运算和广义逆,把各单元的损伤参数和各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,还能获得各振型归一化系数,且理论简单,易于计算机编程实现.以某个2层的框架结构为例对所提方法进行了验证,结果表明,采用环境激励下的模态数据,能够较好地识别出结构损伤,且能得到比较精确的振型归一化系数.     

改进的特征值灵敏度在结构损伤识别中的应用

传统的特征值灵敏度分析中忽略了振型变化的影响,导致特征值灵敏度难以准确地识别出结构损伤。为提高特征值灵敏度的准确性,利用未损伤结构的振型线性表示损伤情况下结构振型的变化,进而改进了特征值灵敏度的理论分析方法。在不同的损伤工况下,计算数值模型改进前后的特征值灵敏度,验证表明改进后的特征值灵敏度具有更高的精度。以孔洞直径和位置均未知的实际结构为研究对象,利用改进后灵敏度方法准确识别了结构损伤的位置和程度,与结构的孔洞直径和位置实测值相吻合,表明了改进后灵敏度方法具有准确实用性,从而弥补了传统特征值灵敏度法在结构损伤识别中的缺陷。     

首都机场AMECO-A380机库动力特性测试与分析

采用环境随机振动法对北京首都国际机场AMECO-A380六机位维修机库大跨空间网架结构进行了现场结构动力特性测试.利用谱分析方法对实测数据进行了参数识别和处理,并进行了振型分析,确定了机库屋架结构的自振频率和振型.并用有限元模型计算了结构自振频率和振型.对测试和计算结果进行的分析比较结果表明,结构基本周期的测试值和计算值接近,各自所对应的第1阶振型吻合较好.     

基于过桥车辆响应的遗传算法桥梁损伤识别

在考虑线路不平顺的基础上建立了移动车辆过桥的有限元模型,基于移动车辆动力响应采用遗传算法(genetic algorithm,简称GA)实现了桥梁结构不同损伤状态的识别。以桥梁损伤位置和损伤程度作为识别因子,首先,利用GA算法生成不同桥梁损伤状态;其次,采用有限元车桥模型分别计算不同状态下的车辆动力响应作为分析数据;最后,采用模拟实测数据与分析数据构建目标函数进行识别。针对不同损伤工况进行多次独立重复计算,选用成功率及首次出现最优解平均迭代代数分析GA算法识别效率。研究发现:GA算法能以较高效率实现桥梁单目标和多目标损伤的识别;识别过程中搜索空间大小对GA算法识别效率影响较大;GA算法对桥梁跨中及3/4跨位置的损伤识别结果较桥梁端部更为稳定。     

基于曲率模态的复合材料层合板分层损伤检测方法研究

基于振动信号应用曲率模态方法对复合材料层合板分层损伤进行损伤检测。首先由数值模拟所得不同状态下损伤以及未损伤层合板振动特性参数计算其振型曲率和均布载荷曲面值曲率;然后基于损伤与未损伤层合板曲率值的差分值建立损伤识别指标进行分层损伤检测。最后,为解决差分算法对结构未损伤模型参数的依赖性问题,引用曲面光滑算法和曲率模态变化率法直接对损伤结构进行损伤提取。结果表明,运用曲率参数差分法可以很好地识别各类损伤,且对于多层层合板来说损伤所处层的位置会影响损伤指标值的大小。曲面光滑算法和曲率模态变化率法均可不依赖于未损伤结构参数识别各类损伤,且曲面模态变化率法的检测效果优于曲面光滑算法。     

连续小波变换在梁结构损伤诊断中的应用研究

为了检测出梁中的裂缝或因刚度降低引起的损伤,对有损伤简支梁的振型曲线进行连续小波变换．从小波系数出现模极大值有效地识别损伤的存在以及裂缝位置和刚度下降段的位置。基本振型是用小波变换识别裂缝的最佳振型．用损伤位置处振幅较大的振型曲线来识别最清楚,对有噪声影响的振型曲线同样可以用本文方法进行识别。通过分析和计算获得满意结果．在梁结构损伤诊断中具有较高的应用价值。     

基于模态参数灵敏度分析的结构损伤识别研究

结构损伤通常以结构中刚度损失为特征。结构的损伤会引起结构参数的改变,结构参数变化会导致结构模态参数(固有频率、振型)的变化,因此寻求结构损伤与结构模态参数之间的关系十分重要。文中根据结构振动特征方程,推导了结构模态参数对结构参数改变的灵敏度表达式,建立了结构模态参数对以单元刚度为特征的结构损伤识别关系式,识别结构损伤的位置和损伤程度。文中制作了无损伤、有损伤3根悬臂梁钢板试件,测取试件结构固有频率与振型,根据无损伤试件结构图,建立了有限元模型,计算其结构固有频率与振型。将无损伤试件测得的模态参数作为有限元模型修正依据,并用两种损伤条件下测得的数据修正无损伤的有限元模型,将单元刚度作为修正参数,应用灵敏度方法来识别悬臂梁钢板试件损伤的位置和程度,其结果与实际基本一致,证明了方法的有效性。     

高耸塔式结构动力特性设计与测试

为了满足上置设备工作需要,高耸塔式结构基频要大于某一给定数值。通过对结构基频计算公式和结构变形曲线分析,增大结构基频应以降低结构顶部质量和提高结构底部刚度为主的频率调整基本原则。基于空间有限元理论,通过模态分析获得了结构的频率和振型。利用环境激励下结构振动模态参数识别方法对雷达塔进行动力检测。采用模态识别法求出结构的前三阶频率、振型和阻尼值。引入模态置信因子和标准化模态差准则,对计算振型数据和实测振型数据进行分析比较,以验证有限元计算的准确性。该研究成果为深入研究高耸塔式结构频率调整、准确预测结构的动力响应提供可靠依据。     

输入未知条件下框架结构的损伤诊断研究

提出将结构健康监测技术用于输入未知条件下识别结构损伤，确定结构损伤位置和损伤程度。该方法首先利用自然激励技术(NExT)结合特征系统实现算法(ERA)，从结构的动力响应信号中得到结构的模态参数(频率和振型)，然后利用所识别结构损伤前后的模态参数来计算结构单元损伤诊断指标值，用以确定结构的损伤位置和损伤程度。为了验证损伤诊断方法的可行性，将该方法运用于平面框架结构。算例结果表明，该方法能够精确定位出框架结构的损伤位置，并判断出构件的损伤程度，具有实际应用价值。     

运用改进残余力向量法的结构损伤识别研究

针对结构损伤识别时测试结构模态振型不完备的情况,采用了自由度凝聚方法进行模型凝聚,并给出了缩聚模型的残余力向量计算公式,证明了残余力向量对结构损伤单元的敏感性.为减小自由度凝聚及测量等因素带来的误差影响,提出了一种改进的残余力向量法.该方法首先通过测试损伤结构多阶模态得到残余力向量,并计算相对于损伤前结构的残余力向量得到残余力向量差矩阵,选取向量差矩阵各行元素中最大绝对值组成改进的残余力向量.损伤识别时,先运用改进的残余力向量确定可能损伤单元,再运用筛选法计算单元损伤程度.数值仿真算例说明,采用该方法只需结构的前几阶低阶频率和振型,就可以快速准确地识别出结构的损伤,显示了该方法具有较好的抗噪性.     

固支梁振型与损伤关系的试验模态分析

结构的动力特性和结构参数直接相关,结构的损伤将引起相应动力特性的改变。因此,如果能建立结构动力特性变化与结构损伤之间的映射关系,则可以利用结构振动测试信息实现结构损伤识别。按照采用数据和识别原理的不同,大致可以分为基于频率的方法、基于振型的方法、基于模态柔度的方法以及基于神经网络的方法等,但是在大型土木工程结构的测试中,一般只能获得低阶模态及不完备的自由度测试信息。     

基于随机子空间和统计模型的输电塔损伤识别

针对输电塔结构,给出一种基于随机子空间结合统计模型的损伤诊断方法,利用输电塔振动响应信号挖掘数据统计特征并构建高灵敏损伤诊断指标实现输电塔结构局部构件的损伤检测。首先,获取输电塔结构的瞬态动力响应数据;其次,利用随机子空间法识别模态参数,构造名义模态参数,并定义一个与参数识别过程相关的残差向量表征结构动力参数变化;最后,计算该残差对结构参数的灵敏度,并构造残差灵敏度的χ2统计量作为结构损伤诊断指标。通过数值模拟及现场试验对某足尺输电塔结构进行分析,结果表明,上述方法可有效对输电塔结构局部构件的螺栓松动、杆件破坏等损伤进行识别。     

基于贝叶斯方法的统计模型修正和结构概率损伤识别

提出了一个用马尔科夫链抽样的贝叶斯模型修正和损伤识别方法,用于对梁结构的损伤识别.首先建立了基于结构振动频率测量,确定其振型的目标函数,然后采用延缓拒绝自适应的马尔科夫链蒙特卡洛方法进行随机抽样,得到在完好状态和损伤状态下结构参数的后验概率,通过比较这两种状态下识别参数的概率密度函数,最终得到结构损伤的概率和损伤程度....     

基于加速模态差值法的桁架结构早期损伤识别研究

针对起重机械的桁架结构,分析了损伤的严重后果,提出了用加速模态差值法识别早期损伤.首先建立有限元模型,随机选取一根杆件,通过降低其刚度来模拟早期损伤;然后对未损桁架和损伤桁架分别进行模态分析,并提取两者的模态振型数据,通过计算机处理得到损伤前后的加速模态振型,然后进行对比分析,找出加速模态振型变化最大的节点,即为损伤节点,进而找到损伤杆件.实例分析表明,提出的方法合理可行.     

基于振型多分辨复杂度谱的板结构损伤检测

针对目前基于振型的结构损伤检测方法普遍存在抗噪能力弱、对弱小损伤不敏感等不足,开展了克服这些缺陷的板类结构损伤识别研究。鉴于结构振型中噪声、趋势和损伤信息具有不同的尺度分布特性,基于二维高斯小波变换,提出多尺度振型空间概念,使振型的各成分信息得以独立表达,以凸显损伤信息。通过定义点态复杂度指标,借助滑动窗口法,在多尺度振型空间上形成多分辨复杂度谱。多分辨复杂度谱可使损伤进一步显现,能描述损伤的位置、大小及形状,并能反应损伤程度,实现了在噪声条件下对板类结构轻微损伤的准确表征。基于一实际工程闸门的数值模拟和两个模型试验,验证了所提方法的正确性和有效性。     

声发射和小波包分析在损伤状态监测中的应用

为应用声发射技术对结构的损伤状态进行监测与识别,基于小波包分析提出了一种在线损伤监测方法。采用D-S证据理论对声发射信号的小波包能量谱进行多源信息融合得到改进的小波包能量谱,计算Mahalanobis距离构建结构损伤状态判别指标,采用t检验的概率方法考察不同损伤状态下判别指标的变化情况。旋转轴承结构的声发射信号分析结果表明,D-S证据理论能够对声发射信号的小波包能量谱识别样本抽取有效信息,结构损伤状态判别指标具有良好的结构损伤识别能力,能够准确地实现对结构不同损伤状态的识别。     

基于归一化主模态差的装配式钢桥导梁损伤识别

为了解决装配式钢桥在结构损伤下的识别问题,选取了归一化主模态差作为标示量,对装配式钢桥导梁结构进行损伤识别。通过实测模型与有限元分析模型的固有频率和对应振型比较,验证桥梁导梁有限元模型的正确性;提出了运用归一化主模态差曲线图识别桥梁导梁损伤的方法,利用结构损伤时归一化主模态比无损伤时的归一化主模态刚度下降,损伤节点处振幅相对于正常状态数值增大,产生归一化主模态差正向突变来反映结构局部损伤的位置和损伤程度。通过模拟六种工况得到结构损伤部位会引起主模态差曲线的正向突变;并且损伤程度越重,对应的归一化主模态差越大。验证了损伤状态和正常状态之间的主模态差曲线可以判别装配式钢桥导梁的损伤位置和损伤严重程度。