基于测试模态的损伤定位技术与实验分析

基于振动模态的分析测试技术是常用的一种结构健康检测与损伤识别方法，本文推导了模态测试和基于测试频率平方变化比确定损伤位置及损伤程度的计算公式，进行了结构损伤状态下模态测试的实验验证，结果表明，结构频率平方变化比是损伤位置和损伤程度的函数，并可据此进行损伤定位和损伤程度的评估。     

基于频率响应的悬臂工字型钢梁的结构损伤分析

基于结构动力学的基本理论,分析了悬臂工字型钢梁的振动模态特性,推导出结构损伤因子与损伤位置和损伤程度的函数关系.根据结构频率响应,运用频率平方变化比的方法进行结构损伤的初步检测与评估.应用ANSYS有限元分析软件对一悬臂工字型钢梁在11种工况下进行模拟计算,采用单元刚度折减来模拟结构损伤,并对工字型钢梁进行模型实验.     

基于频率指纹的梁类结构损伤定位方法研究

利用摄动原理探讨了基于振动模态分析的结构无损检测技术,并把频率变化平方比和正则化频率变化率应用于连续梁,从理论上验证了频率指纹是结构损伤位置的函数。利用该方法对连续梁进行了数值模拟试验,总结出利用梁频率的正则化频率变化率进行损伤定位的步骤。方法简单可行,可为解决工程实际问题提供参考。     

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.     

结构损伤的神经网络定位研究

利用神经网络技术对结构损伤定位进行了研究．用有限元模态分析技术对悬臂梁有、无损伤的情况分别进行了模拟,得到一系列频率变化数据,将这些数据与损伤位置关系作为δ规则下的ＥＢＰ网络学习样本,网络训练好后,取不同损伤位置的频率变化数据输入网络计算,推断损伤位置．发现推断损伤位置与实际损伤位置非常接近,从而证明了损伤前后的频率变化与损伤位置存在比较确定的映射关系,也说明了ＥＢＰ网络具有很强的自组织、自适应和自学习功能,说明了神经网络技术与解析模态分析技术相结合,用于结构损伤定位研究具有良好的前景     

桥梁健康监测中的损伤特征提取与异常诊断

针对桥梁健康监测的应用 ,提出了一种基于统计模式识别技术的结构异常诊断方法 .由正常结构实时监测动态响应形成状态判断的数据基 ,通过序列相似分析将未知状态结构的响应信号与正常结构数据基进行环境/运营条件归一化 ;然后根据动态参数模型残差分析提取结构损伤特征 ,进而通过统计分析进行结构异常诊断和损伤定位 .与基于模态频率变化的方法相比 ,该方法具有更高的损伤识别能力 ,并能较好地克服实测数据离散性和环境与运营条件影响带来的困难 .通过三跨连续梁的数值试验验证了该方法的有效性     

基于模态柔度矩阵变化指标的结构损伤预警方法

根据结构损伤后其柔度增大的特征,在与实测自由度相应的柔度矩阵基础上,提出了基于模态柔度矩阵变化的损伤预警指标FI 以及运用该指标对实际结构进行损伤预警或异常检测的步骤.损伤预警指标的敏感性分析包括不含噪声和含噪声情况.该指标的损伤报警阈值可依据结构在无损状态时由健康监测系统或定期检测所得到的实测模态数据以及结构有限元模型的模态分析结果计算得到.以润扬长江大桥斜拉桥为背景的数值模拟分析结果显示:无论有无噪声的影响,指标FI 都随着斜拉桥拉索或主梁损伤程度的增加而增大,且大于相应的损伤报警阈值. 在工程结构的使用过程中,可根据实测数据长期、连续地计算并观察指标FI的大小及其变化情况,在FI 值超过报警阈值时给出报警信号.     

结构损伤定位中模态应变能法的改进

针对现有模态应变能法对结构有限元模型精度要求较高的不足,引入单元定位矩阵,对其进行了改进.改进后的方法损伤指标的构建不需要结构损伤前单元刚度矩阵,降低了对结构有限元模型的精度要求,并避免了由此产生的二次误差.为验证方法的有效性,利用简支梁有限元模型数值模拟了两种典型损伤工况,结果表明,改进后的方法提高了损伤定位的识别精度,并且计算简便,有望用于实际工程中.     

基于模态应变能法的混凝土梁桥结构损伤识别研究

基于模态应变能理论,得到能用于混凝土桥梁结构损伤的识别指标.假定结构存在不同位置和不同程度的损伤,运用Ansya软件进行有限元分析,得到混凝土桥梁损伤前后的前5阶模态,然后再运用计算机软件编程计算结构的各单元的损伤指标.数值模拟结果表明,损伤指标在损伤单元处的数值是最大的.因此,采用所提出的损伤指标,对混凝土桥梁结构进行损伤定位识别是可行的.     

基于模态柔度理论的结构损伤诊断试验研究

利用多参考点脉冲锤击法的输入输出动力信号获取结构的模态柔度,可以对结构进行损伤识别,设计了一根钢筋混凝土简支梁和一块钢-混凝土组合板的静动力试验.对不同损伤状态下的简支梁和组合板进行了动力测试,得到其模态柔度矩阵,并用来预测结构在荷载作用下的位移.简支梁试验结果表明,随着损伤程度的加深,结构自振频率降低,阻尼比增大,柔度增大,但自振频率只能判断结构损伤的出现,模态柔度则能够综合全面地反映钢筋混凝土简支梁结构的损伤位置和损伤程度.组合板试验表明,在线弹性状态下,动力测试与静力测试获得的模态柔度矩阵相差很小.设计了支座刚度变化、连接件损伤和横向支撑破坏这3种损伤工况,并用这3种工况来模拟实际桥梁结构可能出现的损伤状况.通过对比结构损伤前后的模态柔度位移信息,成功实现了组合板的损伤识别.     

基于小波神经网络的框架结构损伤识别

以含损伤的框架结构为研究对象,对损伤位置和损伤程度进行识别。运用有限元分析原理,采用Lanczos法得到框架结构的转角模态,对其转角模态进行连续小波变换可以得到结构的小波系数,再由小波系数模极大值确定损伤的位置。以损伤后结构的固有频率作为神经网络输入参数构造神经网络,从而实现对框架结构损伤程度的识别。通过对一平面框架结构的损伤识别计算分析,验证了方法的有效性。     

采用二阶频率灵敏度的损伤识别和试验

开发结构健康监测系统是结构损伤识别的一个重要课题 .由于结构频率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 .据此提出一种二阶频率灵敏度分析方法 ,通过测量结构损伤前后频率变化的损伤参数识别方法来确定结构的损伤位置和损伤程度 .对于层间剪切结构模型 ,可以测得结构的各阶频率 .对于多种工况进行了框架结构模型的振动试验 .试验结果表明 ,对于层间剪切结构 ,通过测量结构频率变化可以确定结构的损伤位置和损伤程度     

高耸结构建造阶段环境振动测试与模态分析

以建造阶段的广州新电视塔为研究背景,详细介绍了在一般风荷载激励下,对其进行的一次环境振动测试,然后用频域法和时域法两种不同的方法识别出了在测试阶段电视塔的前十阶模态频率及相应的振型和阻尼比,并与SAP2000有限元模型的计算结果进行了比较。结果表明本次频率的测试值和理论值低阶模态频率符合得很好,但高阶存在一定的差异。表明此次环境振动测试结果可以用来修正电视塔的初始有限元模型,从而为今后的健康监测和损伤检测提供较精确的基准模型。     

巴家咀水库泄洪塔冻融耐久性评估

对巴家咀水库的混凝土泄洪塔进行冻融损伤检测,依据检测结果对该混凝土结构的冻融耐久性进行初步评估.在检测过程中,综合考虑水库水位变动情况和当地气温波动情况,在具有代表性的部位钻取芯样,利用混凝土表面硬度与混凝土强度存在的相关关系,采用里氏硬度计测试混凝土芯样表面硬度,反映混凝土冻融损伤规律.检测结果表明,混凝土冻融后的强度损失率与冻融循环次数存在线性关系,应用所提出的冻融损伤模型可对冻融混凝土的使用寿命进行合理的推断与评定.     

内燃机曲轴动态特性有限元分析及试验验证

曲轴作为内燃机设备中的关键零部件,对系统动态特性的影响至关重要．为此,以X6170ZC型柴油机曲轴为对象,利用有限元方法对其动态特性进行深入研究．首先研究系统固有频率、阻尼比和振型等动态特性参数的辨识方法;然后利用Pro／E创建曲轴的三维实体模型,并用有限元软件对该曲轴模型的模态参数进行计算;最后,用模态测试的方法验证了上述方法的有效性．结果表明,该有限元模型在一定频率范围内能够较好地表征物理模型的动态特性．     

基于支持向量机的钢框架结构损伤定位试验研究

钢框架截面损伤会引起结构的模态频率发生变化。这里以钢框架模型的试验模态频率作为支持向量机的训练和测试样本的输入,由支持向量机输出判断结构损伤位置。研究表明,将支持向量机识别技术与常规的结构模态频率分析相结合,能够有效地识别钢框架结构损伤位置。该算法对损伤位置敏感,且识别精度较高。     

利用应变模态差识别弯管内部损伤

为研究利用应变模态差识别弯管内部损伤的方法,以损伤前、后的应变模态差作为弯管损伤识别的损伤指标对其展开研究.首先,基于位移模态和应变模态的模态叠加特性和正交性推导了应变模态差公式;其次,利用有限元软件ABAQUS建立不同工况的弯管简化模型进行数值模拟.处理分析得到应变模态差曲线,以此判断损伤的存在和位置以及损伤程度.结果表明,通过该损伤指标能很好识别弯管损伤的存在和位置,并能有效地反映其损伤的程度;改变弯管的径厚比和弯曲形式,该指标对弯管损伤识别仍然适用.证明了基于应变模态差的弯管内部损伤识别的可行性.