对结构局部微小损伤敏感的一种监测与诊断方法——应变模态法

大型钢结构件微小损伤的存在、发展决定着结构的可靠性和安全性,利用结构应变模态对结构的微小损伤的敏感性,可以及时定性的监测诊断结构损伤的位置以及发展状况,对于保障结构的可靠性、安全性具有重要意义.文章从理论上研究应变模态的原理和应变模态参数识别方法,并通过实验获得试验模型的应变模态参数、应变模态振型,为工程实际应用提供必要的理论、实践依据.     

基于应变模态梁型结构损伤识别研究

传统损伤识别方法大多仅限于结构件中单个裂纹的确定,且损伤识别指标无法准确反映早期局部损伤。为此,提出了一种以应变模态差为表征指标的结构表面多裂纹损伤识别方法。首先,依据欧拉伯努利梁理论,建立了含有多裂纹悬臂梁结构传递矩阵方程,得到含裂纹悬臂梁位移模态振型和应变模态振型;其次,计算损伤前后应变模态差并作为损伤识别指标进行识别。以悬臂梁为例,利用MATLAB分别对单损伤和多损伤等不同工况条件进行了模拟仿真,在此基础上,利用PVDF压电传感器进行了单裂纹和双裂纹悬臂梁损伤识别实验。仿真结果和实验结果表明：应变模态差可以对单裂纹与多裂纹损伤工况进行识别,且识别精度高。     

对结构多位置损伤定位分析方法的探讨

从理论上计算了几种多位置损伤检测方法对结构刚度的敏感度,选用工程上常见的矩形等截面悬臂梁,通过实验模态,对粱损伤引起的模态频率迁移进行了分析,从实验角度对这几种方法的敏感性和有效性进行了比较,并就它们在实际应用中的不足之处进行了讨论。实验结果表明,基于应变模态的损伤指标对承弯结构的损伤更敏感。     

框架结构节点损伤诊断的应变模态方法研究

对一框架结构模型进行了应变模态和位移模态试验,在试验中采用改变框架节点的连接状态以模拟节点的损伤,利用应变模态在结构节点损伤前后的相对变化对框架结构节点的损伤进行诊断．试验结果表明,框架结构一阶应变振型的试验值与计算值吻合良好,一阶应变振型对损伤的存在和损伤位置敏感,利用一阶应变振型在损伤前后的相对变化可以对框架结构节点的损伤进行诊断．     

基于实验模态的结构应变模态分析

从位移模态出发详细推导了应变模态的表达式 ;以悬臂梁模型为例 ,进行了位移模态与应变模态实验分析 ,并与有限元计算结果进行比较 ,验证了三者识别的模态参数基本一致 ,而且应变模态分析方法可以确定结构应变最大点和共振疲劳危险点 .     

应变模态法在结构损伤监测诊断的研究

结构的应变模态对于结构损伤具有很高的敏感性，对于及时监测诊断结构的损伤保证结构的可靠性、安全性具有重要意义。本文从理论上研究应变模态的原理和应变模态参数识别方法。     

基于应变模态小波神经网络的结构损伤识别方法

以框架结构为研究对象,利用小波分析和神经网络理论,结合二者的优点,运用小波分析来确定框架结构的损伤位置,运用神经网络算法来识别损伤程度,给出了基于应变模态参数识别框架结构损伤的原理,建立了一种识别结构损伤的小波神经网络方法.通过建立基于振型模态和应变模态的损伤识别方法,分别对9种不同工况下框架的裂缝位置进行识别,并对比了这2种模态下损伤位置的识别效果.然后,分别对框架的振型模态和应变模态进行连续小波变换,获得2种模态参数下的小波系数模极大值.利用神经网络去模拟小波系数模极大值与损伤程度之间的非线性关系来识别结构的损伤程度,并对比了这2种模态下损伤程度的识别效果.数值分析结果表明,小波神经网络可以有效地识别出结构的损伤位置和损伤程度,基于应变模态的损伤识别方法具有更好的准确性.     

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。     

基于应变模态的刚构桥损伤诊断分析

随着车流量的不断激增和材料的不断老化,早期修建的桥梁结构承载能力逐渐下降。对结构的损伤进行诊断和恰当评估是健康监测系统的核心,而敏感的损伤指标是损伤诊断能够正确预警的关键。本文以数值分析为基础,选取应变模态参数和频率模态参数,通过对连续刚构桥的损伤诊断分析比较,提供了一种应用于此种桥型的结构健康监测方法。     

基于应变模态的直接损伤定位法

通常结构的位移模态和固有频率难以有效的反映结构是否损伤和损伤状况,应变模态能够更有效,更可靠的对结构损伤识别和定位。本文通过ANSYS对梁结构的不同损伤程度和不同的位置损伤工况的模拟仿真,进行结构损伤分析研究,最后通过前三阶应变模态振型结构损伤前后的比较,总结损伤结构的应变模态的变化规律,揭示应变模态对结构损伤的敏感性。     

基于单元应变能变化率的结构损伤识别方法

针对梁类结构,根据单元损伤前后的模态应变能变化率,推导了新的损伤位置识别指标,并利用结构在损伤前后模态应变能变化与频率变化的关系提出了损伤程度评估指标.悬臂梁的数值模拟分析结果显示:损伤位置识别指标在损伤单元对应的结点处呈现显著的正号峰值,能够清楚地指示损伤位置;损伤程度识别指标对于单一损伤工况的损伤程度估算结果较接近于实际损伤程度,但对于多点损伤工况的损伤程度估计值偏小.所提出的损伤指标仅根据结构损伤前后的低阶模态频率和模态曲率即能达到较好的损伤识别效果,可应用于实际结构中.     

北京同步辐射1W2B生物大分子束线双丝型BPM实时跟踪监测系统

同步辐射光束位置稳定性对光束强度至关重要,直接会影响到实验数据的质量,因此需要在实验过程中对光束位置进行实时监测.在同步辐射光束线上一般会使用双丝型的光束位置监测器(beam position monitor,BPM)扫描光束,获得光束的截面分布,同时在固定位置的双丝会对光束位置进行静态的实时监测.但是这种监测方式对于入射光束分布有特殊的要求,当光束较大地偏离原有位置时会对双丝BPM造成损伤的危险.北京同步辐射1W2B生物大分子实验站通过采用双丝型BPM实时动态跟踪监测方式,有效地解决了常规监测方式带来的光束分布和光敏丝损伤问题,为实验光束的稳定性研究提供了基础.     

损伤定位中应变模态指标的改进研究

由于传统的应变模态差指标峰值大小随损伤程度而变化,在利用应变模态差指标作为神经网络输入来识别损伤位置时,就很可能产生误判,为消除损伤程度对应变模态差指标的影响,对应变模态差指标进行改进,给予理论证明,并通过悬臂梁数值仿真算例进行验证.验证结果表明,所建议的改进方法指标与理论研究一致.     

小波奇异性在钢结构损伤检测中的应用

根据小波奇异性检测理论,以应变能的损伤信号为结构损伤指标,分别以悬臂梁结构、平面桁架结构和空间网架结构为例进行数值模拟,将原始损伤信号和经过小波变换后的损伤信号进行对比,结果证明采用该方法不但对单一损伤而且对多损伤均能有效地识别出结构的损伤位置,表明了该方法的可靠性和实用性。     

基于应变模态法的层合梁的损伤检测研究

结构在建造和服役期间将不可避免出现损伤,发展合适的无损检测方法对其进行检测具有广泛的工程应用价值.基于多自由度振动力学和连续体损伤理论,发展了应变模态法损伤检测理论.通过预置损伤复合材料层合梁的动态加载试验,测得各个测点的应变时程响应,然后利用MATLAB编程对数据进行处理,从而得到结构的损伤应变模态曲线.数据处理结果精确反映了预置结构损伤的位置,由此证明了应变模态法能够应用于复合材料层合梁的损伤定位.最后基于有限元软件ABAQUS,利用连续体损伤理论对损伤纤维金属层合梁的模态进行分析,更进一步验证了当前应变模态法对损伤层合的损伤定位的可靠性.     

应变式电子测力系统设计

为改善传统机械指针式测力计读数不便、灵敏度低且稳定性差的不足,采用电阻应变片及等强度梁设计了一种电子应变式测力计,选择灵敏度高且具有温度自补偿功能的全桥电路作为测量电路,测量信号经滤波、放大处理后接入ADC0804进行A/D转换,最后通过单片机AT89C52将转化后的测力值显示在LCD1602液晶显示器上。所设计测力计测量范围为0～100 N,输出相关系数为99.8%,分度值可达0.1 N。该基于单片机的测力系统具有结构简单便于携带、操作方便、显示直观及精度高等优点,适用于现代工业生产中微小力的检测。     

预应力混凝土桥梁悬臂浇筑的施工控制

对于采用悬臂浇筑施工方法的预应力混凝土桥梁,运用自适应控制理论进行结构参数识别和误差分析;利用BP人工神经网络确定主梁预拱度;在施工过程中对主梁挠度进行连续监测.借助预埋的钢弦式传感器,测试主梁应变,分析了混凝土收缩、徐变、温度等因素对应变测试的影响,并提出修正方法.实桥应用表明,使用自适应控制理论结合BP人工神经网络,可以预测主梁合理预拱度;混凝土收缩、徐变对应力测试的影响不容忽视;实测应变修正方法易于使用,修正值与理论值偏差较小.