基于曲率模态理论的简支梁损伤辨识研究

选取结构中常见的构件——简支梁,利用有限元软件ANSYS建立有限元模型.通过模拟跨中损伤,分析模态振型位移值,得出曲率模态值.对比分析曲率模态在损伤处的变化规律,得出损伤与相应参数的关系.总结曲率模态在损伤处的应用规律,以期使曲率模态辨识损伤理论在其他结构中得到更好的应用.     

梁及桥梁应变模态与损伤测量的新方法

由于梁式结构的应变状况与其刚度有直接关系,因此对应变模态的测量可望用于桥梁损伤识别.梁的曲率模态和应变模态是直接关联的.通过对实桥标准简支梁损伤的数值仿真,揭示了曲率模态对桥梁损伤的敏感性.为便于检测损伤,还提出了一个新的损伤识别指标-应力变化陡峭度D, 并推荐一种具有高灵敏度和高一致性的DP型低频振动传感器作为实桥应变模态测量的信号检测设备.     

基于多尺度模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法

以灌河大桥为工程背景,提出了基于多尺度有限元模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法.首先基于现场环境振动试验结果和两阶段响应面方法对初始多尺度模型进行修正,并将修正后模型定为原始未损伤状态;进而,利用多尺度模型修正方法对结构不同部位不同程度的损伤进行识别,并探讨了模态曲率损伤指标和单元模态应变能损伤指标对不同结构尺度损伤的敏感性.分析结果表明:在不考虑噪声干扰情况下,模态曲率和单元模态应变能指标对精细小尺度单元区域主梁微小(1%)损伤均较为敏感,可识别出结构的损伤位置,而对大尺度单元区域的损伤敏感性略低;在考虑噪声干扰情况下,精细小尺度单元区域比大尺度单元区域在损伤识别方面的抗噪性更好,且模态应变能损伤指标的抗噪性略优于模态曲率损伤指标.故而提出的多尺度建模及其损伤识别方法具有应用到实际工程中微损伤识别的潜力,并为大跨结构损伤预后奠定了基础.     

基于数据驱动的应变模态参数随机子空间识别法

基于以应变和应变率为状态变量的系统随机状态空间模型,比拟基于数据驱动的位移模态参数随机子空间识别方法,建立基于数据驱动的应变模态参数随机子空间识别方法,用于环境激励下的结构应变模态参数识别,并通过数值算例和实例对识别方法进行验证。数值算例计算结果表明:应变模态参数随机子空间识别法可在各种噪声情况下较好地识别出结构的曲率模态振型,而且识别的曲率模态振型对局部损伤很敏感,具有较强的抗噪能力;实测算例识别的应变模态振型也与理论振型较吻合,从而进一步验证本研究识别方法的实用性。     

基于应变分布响应模态分析理论与应用

模态分析技术经过近70年的发展已形成较为完整的独特理论和方法,这与模态测试手段的进步息息相关.由于传感技术的限制,既有的模态分析方法主要是基于加速度或速度测量开展的,重点关注位移、速度及加速度频响函数.过去5年间,本课题组研究和开发了用于重大工程结构的分布式应变传感技术,并以分布式动态应变测量为核心开展了包括模态分析理论、模态测试及工程应用在内的研究工作.本文简要介绍分布式动态应变传感技术的基本特点和系统构成,重点阐述基于应变分布响应的模态分析理论、应变频响函数的测试技术及相应的模态参数识别方法.应变模态分析表明,从时频域上看,应变频响是更类似于位移频响而不同于速度或加速度频响的物理量,因此对低频响应更为敏感;基于位移频响函数和基于应变频响函数提取结构固有频率和阻尼比等价有效:基于位移频响函数和基于应变频响函数提取的特征向量之间的相互关系与位移和应变测量之间的映射关系完全相同,即基于应变频响获得的特征向量是直接的应变模态测量.探讨了应变模态在大柔度结构低频测试、动力模型重构、结构损伤识别3方面工程应用中的优势.     

基于应变分布响应的模态分析理论与应用

 模态分析技术经过近70年的发展已形成较为完整的独特理论和方法，这与模态测试手段的进步息息相关。由于传感技术的限制，既有的模态分析方法主要是基于加速度或速度测量开展的，重点关注位移、速度及加速度频响函数。过去5年间，本课题组研究和开发了用于重大工程结构的分布式应变传感技术，并以分布式动态应变测量为核心开展了包括模态分析理论、模态测试及工程应用在内的研究工作。本文简要介绍分布式动态应变传感技术的基本特点和系统构成，重点阐述基于应变分布响应的模态分析理论、应变频响函数的测试技术及相应的模态参数识别方法。应变模态分析表明，从时频域上看，应变频响是更类似于位移频响而不同于速度或加速度频响的物理量，因此对低频响应更为敏感；基于位移频响函数和基于应变频响函数提取结构固有频率和阻尼比等价有效；基于位移频响函数和基于应变频响函数提取的特征向量之间的相互关系与位移和应变测量之间的映射关系完全相同，即基于应变频响获得的特征向量是直接的应变模态测量。探讨了应变模态在大柔度结构低频测试、动力模型重构、结构损伤识别3方面工程应用中的优势。     

应变模态试验技术在渡槽结构损伤诊断中的应用

通过简支渡槽模型试验,研究结构损伤程度与应变模态之间的关系,并根据模态节线损伤时应变模态形状不变的特点,重点分析纵轴线纵向非节线(即1阶、4阶、6阶应变模态)损伤下的应变模态变化规律.结果表明:应变模态损伤突变区范围随损伤量的增加而增大,且低阶模态影响范围大于高阶模态影响范围;1阶应变模态对底板跨中损伤最为敏感,突变区外的大多数应变也都出现下降现象;可根据低阶应变模态的敏感性确定损伤位置和程度.     

采用应变模态柔度曲率差识别结构损伤

用随机子空间法从结构的响应信号中提取模态参数,构建模态柔度曲率差MFC进行损伤识别.通过简支梁线单元模型仿真算例,对比了位移模态与应变模态识别损伤的效果,并由实体单元模型仿真算例考察了应变信号采集位置对损伤识别效果的影响.结果表明,应变模态应用于损伤识别在抵抗噪声方面优于位移模态,但应变信号的测点需要靠近损伤的位置.     

时域应变模态分析的理论与应用

本文以结构应变模态叠加原理为基础，分别以一权无裂缝／带裂缝悬臂梁结构为研究对象，获取结构的应变响应信号，利用ＩＴＤ法进行应变模态分析．试验结果表明：采用该方法，一方面可识别出可靠的结构模态参数，获得结构的动应变／动应力分布；另一方面，其结果可用于结构故障诊断、结构动力修正等研究工作中，具有普遍的指导意义和工程实用价值。     

简支梁损伤的模态曲率差值试验分析

在模态曲率差理论的基础上,运用采集和实时分析软件DASP得到结构位移模态分析数据,分析不同损伤状况下简支梁结构的模态曲率差曲线及损伤前后结构的固有频率.试验结果表明:模态曲率差指标能很好地识别出单个单元损伤和多个单元的损伤位置;单点或多点损伤的一阶模态曲率差值曲线的识别效果较为准确,损伤程度与曲线峰值的大小能够相对应,一阶模态曲率差曲线对损伤位置敏感性较强;该方法的进一步完善使得对大型结构进行无损检测成为可能.     

悬索桥的损伤识别

讨论了悬索桥加劲梁的累积损伤识别。识别基于比较完好桥的初始指纹与损伤后的指纹。使用了三个基于ＦＲＦ的波形识别指标：ＷＣＣ,ＩＡＴＭ,ＩＳＡＣ与三个基于振型的识别指标：ＩＣＯＭＡＣ,柔度,和曲率模态,作为指纹来识别悬索桥加劲梁的模拟损伤,并比较了他们的识别能力。结果表明：ＩＡＴＭ和ＷＣＣ识别损伤的能力优于ＩＳＡＣ,但都不能定位损伤;柔度和曲率模态识别能力优于ＩＣＯＭＡＣ,并可以定位损伤。本文还发现应变模态具有较好的损伤识别能力。柔度、曲率和应变模态可用于安全监测系统。     

大跨度空间网格结构节点损伤识别定位

为检测大跨度空间网格结构状况,对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位进行了研究,提出了适用于大跨度空间网格结构节点损伤识别的两步定位法.利用模态曲率变化比进行节点损伤的初定位,识别出损伤节点所在的子结构;以此子结构为研究对象,利用杆端应变模态变化比对节点损伤进行准确定位.以天津奥林匹克中心体育场屋盖结构为计算模型进行了节点损伤识别的定位模拟,结果表明,模态曲率变化比对节点损伤比较敏感,在节点发生较小程度损伤时便能将其所在的子结构准确地定位;杆端应变模态变化比能够准确地识别节点损伤的确切位置;从而验证了节点损伤两步定位法对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位的适用性和有效性.     

实验应变模态分析原理和方法

在复杂结构的动态设计中，应变测量和应力计算是分析结构在动载下进行强度 设计和疲劳寿命估算的关键。文章给出了预测振动应交响应的模态模型；并从这一基本 模型出发，系统阐明了应变传递函数的构成特点，测试方案以及模态参数识别的４种方 法。模态模型及各参数一经确定，便可用以计算任意载荷条件下的应交响应，应力响应 也就可以计算。     

960KW钻井泵曲轴有限元分析

通过三维软件Pro/e建立了钻井泵曲轴的三维模型,并对该三维模型进行了有限元建模。对曲轴进行了静态分析和模态分析,获得了曲轴的特征频率和相应的振型。计算结果为曲轴的结构优化和轻量化提供理论依据。     

基于广义局部曲率模态信息熵和BP神经网络的结构损伤识别方法

针对曲率模态对振型节点较不敏感且无法定量估计损伤的问题,在广义局部信息熵的基础上引入曲率模态,推导出广义局部曲率模态信息熵的公式,并建立相应的损伤指标.利用有限元软件Midas civil建立一简支梁桥损伤模型,提取并处理该简支梁的动力参数,将一阶曲率模态和广义局部曲率模态信息熵分别作为神经网络的输入参数,对损伤进行识别并对比两种参数的识别结果,以此来研究测点数量对指标精确度的影响.研究结果表明:广义局部曲率模态信息熵作为神经网络的输入参数能较好地定位并定量损伤,在靠近振型节点处指标的识别精度高于曲率模态,当测点数量为33时,识别精度最高.     

高速铁路钢-混凝土组合梁的损伤识别

以某高速铁路桥梁钢-混凝土结合梁模型为例,模拟多种损伤情况,分别运用以固有频率、振型、曲率模态为识别指标的方法进行损伤识别.通过对模型的无阻尼自由振动分析研究损伤指标与损伤之间的关系;以模型不同部位抗弯刚度的折减模拟不同程度的损伤.研究结果表明,固有频率及振型能反映结构的整体性能,但很难判断损伤位置;曲率模态对局部损伤较为敏感,损伤定位比较准确.     

连续梁桥模态分析与试验

为了研究弹性基础上连续梁的振动特性，提出了连续梁桥墩的振型函数表达式。对室内连续梁桥模型进行静力试验和模态试验，并与有限元模型对比分析，研究了连续梁桥在纵桥向和横桥向的自振特性。结果表明：考虑上下部结构共同作用时，连续梁桥的低阶振动形式主要表现为桥墩的弯曲振动，试验测得的频率和由理论振型函数计算的结果误差不超过6％；说明该桥墩振型函数可以较好地应用于连续梁桥的动力计算中；这种方法可以为此类桥梁的动力和抗震分析提供参考。     

基于MIDAS/Gen的槽式聚光器结构模态分析

针对槽式聚光器结构优化问题,根据张家港试验基地槽式聚光器实体装置,基于MIDAS/Gen建立槽式聚光器三维有限元模型,采用Lanczos模态计算方法,进行各角度工况下模态分析,得到槽式聚光器在不同工况下的结构模态特征.对槽式聚光器装置进行动力特性测试,测点布置在结构的多个位置,传感器主要布置在聚光镜的镜面中心位置.现场实测过程中选用优泰公司的软件和设备——动态信号采集系统、传感器以及采集仪等试验设备和装置,获取各测点的有效数据,通过优泰软件对原始数据进行处理,得到槽式聚光器装置的动力特性.将数值计算结果与原型实测结果进行对比验证,验证结果表明:本文建立的槽式聚光器三维有限元模型能够较好地模拟现有槽式聚光器结构,能够用于槽式聚光器的静态分析及结构优化分析研究,可以为进一步提高槽式聚光镜组的聚光效果和降低成本提供参考.