基于振型扩充的模态应变能法在结构损伤识别中的应用

单元模态应变能法诊断结构损伤时需要完整振型,而实测振型往往是不完备的.以平面框架和板为例,基于理论自由度和实测自由度相匹配的原则,对不完备的实测振型信息扩充后进行损伤识别.结果表明,当仅测得不完备的振型向量时,单元模态应变能法能很好地对损伤结构进行破损位置和程度的识别.该方法简单易行,可为实际工程应用提供参考.     

基于模态扩阶法的结构损伤识别方法应用研究

动力参数法诊断结构损伤时往往需要完整的自由度信息,而在实际工程中很难测量到结构的全部自由度信息.以一钢筋混凝土简支粱为例,通过模态扩阶法将实测的不完备信息扩充到完备的实测信息,使理论自由度与实测自由度相匹配,在此基础上用振型转角差法和模态应变能法对该简支梁结构进行损伤识别.结果表明利用振型转角差法和模态应变能法均较好地...     

基于能量法的简支钢梁损伤识别试验及有限元分析

针对目前梁式结构损伤识别中识别精度和实际应用方面存在的不足,以能量耗散理论为基础,对简支工字形钢梁的损伤识别进行了数值分析及试验研究。通过结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率与损伤前、后模态应变能变化之间的关系,推导出单元损伤变量的表达形式。研究结果表明:单元损伤变量只需要利用结构损伤前、后的模态振型即可算得,在实际应用中可通过模态扩阶技术解决实测自由度与理论自由度不匹配问题;该方法可准确识别出简支钢梁损伤单元的位置,并在一定程度上表征损伤程度。     

自由度匹配技术在框架结构损伤识别中的应用研究

实测自由度与理论自由度不匹配是结构损伤识别技术应用于实际工程中的一大难题,模型缩聚和模态扩阶技术是解决这一问题的主要方法。通过单层框架结构有限元模型的数值模拟,利用振型转角差损伤识别方法,较好地实现了测试信息不完备情况下的框架结构损伤识别。结果表明,利用Guyan减缩法与模态扩阶法进行自由度匹配后再进行损伤识别,其结果非常准确,可以应用于框架结构的损伤识别。     

基于不完备信息的桥梁结构损伤识别应用研究

诊断结构损伤时往往需要完备的自由度信息,然而在实际工程中很难测量到结构的全部自由度信息。本文通过一简支桥梁结构有限元模型的数值模拟,利用O’Callahan改进缩聚法与Kidder动态扩阶法进行自由度匹配,获取结构所需的完备自由度信息,在此基础上用模态应变能法较好地实现了测试信息不完备情况下的简支桥梁结构损伤识别。该方法简单可靠,可为实际工程应用提供参考。     

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。     

测量模态不完整情况下空间网架结构的损伤识别

空间网架结构杆件数量庞大,自由度数目很多,要测得完整的模态数据有很大的困难。如何利用有限的测量信息对结构的损伤情况进行判断是一个实际的问题。对测量自由度不完整情况下网架的损伤识别,提出了两步法:第一,将测量的振型通过动力扩阶方法得到完整振型,利用模态应变能进行疑似损伤杆件判断;第二,利用最小二乘支持向量机对第一步判断的疑似杆件进行进一步的杆件损伤定位和定量。以一个空间网架结构为模型进行了数值模拟验证,结果表明对于测量模态不完整的网架结构损伤识别本文提出的方法是有效的。     

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。     

基于模态应变能变化率的L形管道损伤识别

为识别L形管道的局部损伤,根据局部结构的振型、刚度矩阵和固有频率,得到管道局部的模态应变能变化率指标,并利用有限元软件ABAQUS模拟不同参数模型,得到低阶模态数据以及管道各单元的模态应变能变化率。模拟结果表明：采用该损伤指标,能够较好地确定L形管道的损伤位置,并且直管单元比弯曲单元对该指标更敏感;对同一单元不同损伤程度的对比,可以反映其损伤程度的大小;对L形管道不同弯曲角度进行模拟,该指标对不同弯曲角度L形管道的损伤识别具有普遍性;对L形管道不同缺陷长度进行模拟,模态应变能变化率指标在缺陷取周向长度的1/32时达到极限。     

重频结构的振型识别及处理方法

重频是多自由度结构中自振频率存在重叠的现象,对应此频率的重频结构的振型是由多个线性无关的特征向量构成的振型子空间。实测振型时若不考虑重频的影响,可能将重频模态看成孤立模态,造成模态的遗漏。针对重频模态识别问题,推导了加速度传递函数矩阵与重频振型之间的关系,提出了对结构进行多次激励识别重频的方法,每次激励针对不同的自由度,并分析了不同激励的选取方式。通过一个三质点模型的有限元算例,验证了多次激励法的有效性。与此同时,推导了重频振型关于质量阵的带权正交化方法,对振型叠加法是一种补充及完善。     

基于应变模态差的索桁架-索网结构损伤识别

应变模态差法多用于刚性结构的损伤识别,而较少用于柔性结构。索桁架-索网结构是柔性组合结构,该结构通过预应力索提供刚度,结构损伤的主要因素是索的损伤和预应力损失。基于有限元模态分析提取结构损伤前后的应变模态差作为损伤识别指标,应用应变模态差法对索桁架-索网结构进行计算分析。结果表明:索单元发生损伤后,通过应变模态差能够准确地识别索不同位置的损伤,同时对小损伤(损伤程度10%)较敏感;得出应变模态差与损伤程度的关系曲线,该曲线在不同工况下能够很好地判断索单元损伤程度;利用应变模态差能够识别出索的预应力损失的位置,并可大致判断损失程度;验证应变模态差损伤识别方法可以较好地用于索桁架-索网结构的损伤识别。     

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。     

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。     

一种求解多阶梯悬臂梁自由振动问题的新方法与实验验证

对复合单元法(composite element method,CEM)在多阶梯悬臂梁自由振动问题中的应用进行了实验验证。通过对具有2个阶梯和4个阶梯的悬臂梁进行模态测试,得到了实测的前几阶模态频率和相应的振型。将多阶梯悬臂梁在不同复合单元下的固有频率和振型计算结果与有限单元法所得结果及实测值进行了比较研究。结果表明:复合单元法所得到的频率和振型与实测结果符合得较好,并且具有建模时自由度少,高效高精度的优点。     

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。     

基于模态振型的钢桁架主梁损伤识别研究

基于模态振型法对一座单跨地锚式悬索桥的损伤情况进行识别.将结构实测模态振型与理论计算值进行比较,在确定结构整体刚度存在损伤的前提下,又进一步推断主梁损伤位置.经现场检测验证钢桁架主梁下弦杆在损伤位置处存在断裂情况,导致结构振型存在异常.     

基于交叉模型交叉模态法的损伤识别研究

损伤识别能判断结构是否损伤,并对危险进行提前预警,对避免灾难发生和减轻灾难后果具有重要作用,受到了人们越来越多的关注.交叉模型交叉模态法利用理论和试验模态进行损伤识别,具有物理意义明确、充分利用实测模态等诸多优点.介绍了交叉模型交叉模态法,分析了LANL实验室的一个八自由度结构,提出了一种优化存储方法,分别在完全模态和...     

基于曲率模态差和模态置信的钢架损伤识别研究

运用曲率模态差法和模态置信准则同时对一个空间钢架进行损伤单元位置的判定和破坏程度的识别,并对这两种方法进行比较。以空间钢架为具体研究对象,对其进行损伤识别数值模拟,再用中心差分法计算出曲率值,将损伤前后的曲率模态值相减,得到曲率模态差值;通过模态振型的改变量的多少来判别损伤情况即模态置信准则识别方法。比较结果表明模态置信准则在单元发生小程度损伤时识别不了,而曲率模态差法可以识别,并且识别的阶数多于模态置信准则。     

残余力向量矩阵变化率的损伤诊断法

为降低损伤诊断时模态数据不完备对损伤识别结果精度的影响,提出一种运用残余力向量矩阵变化率的损伤检测法。采用缩聚法对结构自由度进行缩减,并推导出结构自由度缩聚后的残余力向量表达式。通过利用结构损伤前、后的前几阶模态参数计算出受损结构的残余力向量变化率矩阵,取变化率矩阵每行元素最大值的绝对值作为改进的残余力向量。算例研究表明:在考虑随机噪音的影响下,无论单处损伤还是多处损伤该方法的损伤识别结果精度均高于传统的残余力向量法。验证了该方法具有良好的损伤定位性能和鲁棒性,其损伤识别结果可靠性高,具有较高的实际应用价值。     

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。