基于广义柔度曲率信息熵的梁结构损伤识别方法

广义柔度矩阵具有普通柔度矩阵的基本性质,且仅用一些低阶模态数据就可较为准确地获取,减少了截断高阶模态带来的截断误差。结合广义柔度矩阵对低阶损伤模态的敏感性与信息熵对系统非线性显著的突显作用,提出了广义柔度曲率信息熵指标。新指标以广义柔度曲率矩阵对角向量中每个元素与对角元素之和的比值作为整体概率函数,构造新的信息熵函数识别指标。使用简支梁和连续梁两种不同形式的梁结构算例对所提指标的损伤识别能力进行了分析验证,并采用服从截尾高斯分布的误差模型对所提指标的抗噪性进行分析。结果表明：广义柔度曲率信息熵指标能有效识别结构单处、对称位置处及多处损伤,且在误差不大于10%的情况下具有较好的识别精度。     

基于损伤柔度曲率矩阵的人行天桥损伤识别研究

为了研究基于损伤柔度曲率矩阵的损伤识别方法在人行天桥上的适用性,将此方法用于人行天桥模型和实际工程的桥梁结构分析中。通过对人行天桥简支钢箱梁损伤前的完好结构及各类损伤工况下的损伤结构进行数值模拟,得到各工况下的这一损伤识别指标的损伤识别性能,对其进行分析。之后将此方法用于实际的人行天桥动力模态试验中,在随机环境激励的情况下使用动态信号采集分析系统对人行天桥进行动力模态试验。研究发现,损伤柔度曲率矩阵这一指标对于人行天桥具有良好的损伤识别性能,并且其抗噪声能力、微小损伤识别能力以及对于实际工程的适用性能皆有良好表现。     

基于单位载荷变形差值曲率的承载钢结构损伤识别

损伤是影响承载钢结构性能最重要的因素,及时、准确地诊断承载钢结构的损伤是保证系统安全可靠的前提。根据模态柔度比固有频率或振型对损伤更敏感的特点,提出了基于柔度矩阵的单位载荷变形差值曲率法识别承载钢结构的损伤。该方法将基于动力的柔度和静力测试中的变形结合起来,以动力测试数据反映结构静力特征的变化,当有损伤或损伤增大的时候,单位载荷变形差值曲率有更明显的变化。首先,建立了低阶的模态观测数据与柔度矩阵的表达式。其次,推导了单位载荷变形与柔度矩阵的关系,结合曲率模态和变形差值的思想,提出了基于单位载荷变形差值曲率识别承载结构损伤的方法。最后,通过对承载钢结构模型的损伤识别得出:该方法所需模态信息量小,只需一阶频率和振型信息即能够准确定位单损伤、两损伤;对于多损伤可以识别,精度有所下降,但基本可以满足工程要求。     

曲率模态方法对系杆拱桥的损伤识别

以系杆拱桥为研究对象,利用Midas建立有限元模型,研究系杆拱桥结构的特殊动力特性,并对基于曲率模态分析理论的损伤识别方法进行了探讨,引用平均曲率模态因子指标对系杆拱桥吊杆损伤进行判定,并利用平均曲率模态因子指标对实际已损伤的系杆拱桥测试数据进行分析,通过Matlab程序实现识别算法并获得识别参数,利用绘图软件强大的绘图能力绘制参数变化图,根据参数变化图判定实际系杆拱桥的损伤是否存在及损伤位置,验证平均曲率模态因子指标在实际系杆拱桥损伤识别中运用的可行性及适用性.研究表明:当系杆拱桥出现损伤时,已损伤位置平均曲率模态因子曲线会发生突变,运用平均曲率模态因子指标可以较好判定实际系杆拱桥的损伤位置,初步判定结构的相对损伤程度,在实际系杆拱桥的损伤识别中具有一定的应用价值.     

基于数据融合的大型输电铁塔结构损伤识别

对输电铁塔进行损伤识别研究,可以提高其可靠性与安全性,避免重大事故的发生.将模态柔度差和模态柔度改变率引入到输电铁塔的损伤识别研究中,在单损伤和多损伤情况下,完成了某500kV输电铁塔的损伤位置识别.为了提高结构损伤识别的准确性,在铁塔损伤识别中引入多传感器数据融合技术,提出了基于数据融合的铁塔结构损伤识别方法,将模态柔度差、模态柔度改变率和模态曲率差3种损伤指标进行数据融合处理,融合后的铁塔损伤识别结果可以克服柔度指标在多损伤工况特征不明显和误判的情况,识别效果较单一指标得到了很大的改善.     

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。     

基于柔度曲率曲线拟合的薄板结构损伤识别研究

提出了基于柔度曲率多项式曲线拟合的损伤识别方法,并用该方法对薄板结构进行损伤研究。采用有限元软件ANSYS进行模态分析,得到损伤薄板的模态振型和固有频率,进而得到X方向和Y方向柔度曲率,然后分别在X方向和Y方向进行多项式曲线拟合。基于拟合值与原始值的差值构造新的损伤指标。数值算例的结果表明,基于柔度曲率多项式曲线拟合的方法相比仅采用柔度曲率矩阵的方法能够更好地进行平板损伤定位,同时相比柔度曲率差等需要结构损伤前后模态数据的损伤识别方法,该方法不需要用到结构损伤前的模态数据,可以运用于难以获得健康结构的模态振型数据的结构损伤识别中。     

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.     

基于模态柔度差曲率的梁结构损伤识别

对于梁式结构的损伤识别,模态柔度比结构的频率和位移模态更加灵敏,通过结构的前几阶模态就可以容易计算得到。文中提出了基于柔度差曲率的损伤识别方法,通过3种方式计算所提指标,将得到的指标进行损伤敏感性对比,在简支梁设置一处、多处和支座处的损伤工况,在两跨连续梁设置多个和支座处的损伤,仿真结果表明,通过模态柔度行均值计算的柔度差曲率最好,柔度列最大元素计算的指标次之,柔度对角元素计算的指标可以进行简支梁1处损伤,但对多处损伤有些模糊。     

基于柔度矩阵的结构损伤识别方法

由于实际工程应用中高阶模态振型及频率较难测量,而柔度矩阵可以从低阶模态参数较精确获得,本文探讨了用柔度法对结构损伤进行识别与定位。通过对一简支梁的损伤数值模拟,采用低阶模态参数构建的柔度损伤标识量来进行损伤识别,计算结果表明:采用结构的柔度曲率对梁的损伤位置识别,既对损伤反应较敏感又可避免使用损伤前结构的模态参数;柔度曲率差值对结构损伤识别有较高的灵敏度,是较理想的损伤标识量。     

基于柔度相对变化率曲率矩阵的损伤结构识别方法

提出了一种基于结构柔度相对变化率曲率矩阵的损伤识别新方法。基于结构损伤的柔度差值矩阵,利用柔度差值矩阵和结构损伤前柔度矩阵的对应元素之比,构造柔度相对变化率矩阵。再对其进行差分处理,得到柔度相对变化率曲率矩阵,取此矩阵每列绝对值的最大值作为损伤识别新指标。简支梁、固支梁和连续梁的单损伤、多损伤算例表明,该方法仅需低阶模态参数就能准确定位损伤,且抗噪性能好。     

基于曲率模态的钢管混凝土拱桥吊杆损伤识别

为研究曲率模态参数在吊杆损伤状态下的响应情况,以某钢管混凝土拱桥为研究对象,进行基于曲率模态的吊杆损伤识别模拟.利用ANSYS软件建立桥梁有限元模型并得到其动力特性,模拟各种不同工况,比较结构曲率模态参数的变化情况.结果表明:采用曲率模态指标可以识别吊杆损伤位置,综合考虑多阶振动情况下的平均曲率模态指标可以提高识别的准确性,并初步估计损伤程度;多吊杆损伤情况可以看成单一吊杆损伤情况的累加.     

石油井架结构损伤的分步识别技术研究

针对JJ160/41-K型石油井架结构损伤识别问题,提出基于模态参数和支持向量机的分步识别方法,即先使用柔度矩阵方法进行井架结构损伤位置识别,再以柔度曲率差值作为损伤识别指标,应用支持向量机回归算法对已定位的损伤进行定量分析.仿真计算结果表明该技术可有效实现井架结构损伤的定位与定量分析.     

基于影响线多源信息融合的悬索桥损伤识别

为了精确识别悬索桥结构构件的损伤位置及程度,建立悬索桥空间结构有限元模型,通过模拟准静态加载提取并分析结构的位移、应力影响线,并构建了影响线曲率差指标,通过提取结构振型与频率,构建悬索桥结构柔度矩阵,并构造柔度曲率差变化率指标,用于悬索桥结构构件损伤识别。基于Dempster-Shafer证据理论融合影响线与柔度指标,对模型中纵向下弦杆、纵向斜腹杆和吊杆的不同位置与程度损伤进行识别敏感性研究。研究表明,柔度曲率差变化率损伤识别指标比影响线损伤识别指标对悬索桥构件损伤更为敏感,信息融合指标比单一损伤识别指标损伤定位精度更高,且具有较好的噪声鲁棒性。     

基于弹性约束梁应变影响线曲率的桥梁结构损伤识别

本文面向实际桥梁结构存在的非理想支承与初始截面抗弯的不确定性,提出考虑弹性竖向支承与转动支承的弹性约束梁模型,并推导该模型任意截面应变影响线解析表达式,揭示了弹性约束刚度与局部损伤参数与应变影响线的解析关系,提出基于应变影响线曲率的梁式子结构损伤识别方法,并对该方法适用于超静定梁结构损伤识别给与解析证明.通过刚架拱桥的拱片与钢桁系杆拱桥算例验证所提方法有效性与抗噪性,结果表明本文方法识别损伤的敏感程度同测点到损伤处的距离成反比,建议实际工程中可增加应变测点来提高损伤识别的敏感性.     

钢管混凝土提篮拱损伤识别方法

为了对钢管混凝土提篮拱桥的损伤识别和诊断,建立了单圆管拱肋的空间有限元模型,并进行动力特性分析,利用空间曲线曲率模态差法对拱肋不同位置和不同程度的损伤工况进行识别和诊断。以一个钢管混凝土提篮拱桥作为算例,利用有限个测点和低阶振型对钢管混凝土拱肋不同位置和不同程度的损伤进行识别和诊断。研究结果表明:考虑空间效应的曲率模态差是提篮式拱桥拱肋损伤识别的有效方法,能准确识别多处损伤的情况;利用空间曲线曲率模态差法在桥梁现场布置若干测点测量的各振型位移模态能达到损伤诊断的目的;提出用空间曲线曲率模态差的变化方程对拱肋的损伤程度进行识别和诊断,适合用在钢管混凝土拱桥的健康监测系统中;空间曲线曲率模态差法通过位移自由度的退化,适合对平行拱和连续梁桥进行损伤识别和评估,具有通用性。     

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.     

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.     

基于柔度差曲率的简支梁损伤识别方法

针对土木工程结构健康监测,介绍了基于模态参数的损伤识别方法,分析依据模态参数获取结构刚度和柔度的条件,说明从一些低阶模态参数就可以获得柔度矩阵的精确估计值.提出一种利用柔度差曲率进行损伤定位与定量的新方法,通过对简支梁在不同损伤情况下的数值模拟验证了该方法的有效性,结果显示该法简单易行,具有一定的工程适用性.     

桥梁预警系统中两种损伤识别方法的对比分析

损伤识别技术是桥梁安全预警系统中的关键内容,损伤识别的方法还决定着整个系统的工作性能。通过对连续箱梁桥的仿真分析,从对损伤的灵敏性、定位的准确性以及对测试误差的抗干扰性三个方面出发,结合理论设定不同的工况对曲率模态法和柔度矩阵法进行综合的对比分析,研究了曲率模态法和柔度矩阵法在桥梁安全预警系统中的适用性问题,为桥梁安全预警系统中损伤识别方法的选择提供了依据。