基于试验模态振型的结构损伤检测参数比较

结构在使用过程中,当受到外界环境变化(如腐蚀、疲劳、冲击、过载等)的影响时,容易产生损伤破坏.结构损伤会引起结构的几何形态或者材料性质产生变化.因此,无损检测技术对于确保结构的安全性、可靠性以及使用寿命有着至关重要的意义.结构损伤检测研究的主要方法是寻找到一种参数,它可以通过对测量得到的特征向量的变化值进行计算分析来获得.这种损伤敏感参数必须满足在损伤位置能够出现明显的"跳动"这个条件,从而可以判定损伤的位置以及程度.本文结合对悬臂梁的试验模态分析数据,对现有的两种基于模态振型的损伤识别方法进行了研究,并对这两种方法的可靠性进行了验证分析.     

基于试验模态分析的单损伤检测

以悬臂梁作为研究对象,对其正常状态以及不同损伤状态进行模态测试.采用了频响函数和固有频率作为结构损伤参数来判定损伤位置与损伤程度,并就这两种不同的损伤参数的敏感性进行了对比.结果表明,以频响函数的变化对结构损伤进行识别是新的有效可行的方法.     

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.     

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。     

基于曲率模态比值的城市公路桥梁损伤识别

损伤识别是大型桥梁综合监测系统的重要任务之一.本文从基于曲率模态的城市公路桥梁损伤识别方法入手,从理论上研究了曲率模态损伤指标,并用ANSYS软件对一钢筋混凝土单跨简支梁进行了数值仿真分析,指出曲率模态在应用于损伤识别时的特性,并在此基础上提出曲率模态比值,通过数值模拟分析看到它是一种良好的损伤指标,具有很好的发展前景.     

基于有效损伤体积的微缺陷损伤定义

基地有效损伤积概念提出一种新的表征微缺陷（微裂纹和微空洞）损佃的损伤变量定义，该定义较经典定义的物理意义更明确，可描述单个缺陷对材料宏观特性的影响，也可描术含多个微缺陷的材料行为，而且适合描述不同类型缺陷共存时各向异性损伤。     

基于损伤应变模态的结构损伤识别直接指标法

目前应变类损伤指标大多只能损伤定位,个别方法可初步确定损伤程度,但普遍存在一弱点,即需同时利用损伤前后的模态参数,要得到损伤前的模态数据非常困难,该方法难以在土木工程中推广应用．文中提出基于损伤应变模态差分原理的损伤位置直接指标法ID、基于局域应变模态面积的损伤程度直接指标法IA,只需利用损伤后应变模态数据即能定位损伤、确定损伤程度．推导了损伤应变模态差分格式．建立了损伤位置直接指标、最优多项式完好应变模态曲线拟合、损伤程度直接指标数学模型．根据理论推导和数值仿真统计分析,提出损伤位置判定准则:(1)若某点的每阶指标值均最大,则该点有损伤;(2)若某点的某阶或多阶指标值越大,则该点损伤可能性越大;(3)对于某阶节点损伤,则可通过其余阶的指标值定位损伤．得出损伤程度直接指标具有以下4个特点:(1)随损伤程度增加呈单调递增趋势;(2)与损伤位置无关;(3)与应变模态阶数无关;(4)与是否归一化无关．     

基于曲率模态识别桥梁结构损伤的机理分析

阐述了曲率模态参数的特性,从有限元动力响应基本原理出发,分析了曲率模态用于识别桥梁结构损伤的机理,说明了曲率模态是一类对结构局部变化有敏感性的动力学参数,对于进一步在实际工程中识别桥梁结构损伤行为具有重要的指导意义.     

基于损伤力学与安全衰减路径的含裂纹缺陷压力容器扩展寿命分析

针对含裂纹缺陷压力容器的疲劳裂纹扩展寿命问题,在裂纹缺陷的安全衰减路径仿真基础上,提出了一种预测裂纹缺陷疲劳扩展寿命的计算方法。首先根据裂纹长度和深度的几何关联变化模型,基于该关联模型与失效评定图（FAD）仿真裂纹缺陷的安全衰减路径轨迹,然后采用数学积分方法求解安全衰减路径的长度和剩余轨迹线段长度,以此为度量建立裂纹缺陷安全裕度及损伤程度的计算模型,结合低周疲劳试验数据,在Lemaitre能量损伤理论上建立一种裂纹疲劳扩展寿命预测模型。此外,本文对某压力容器进行了算例分析,并运用本文提出的模型计算结果与Paris公式的计算结果及扩展有限元仿真的结果进行对比,结果表明,该方法对压力容器含裂纹缺陷的疲劳寿命评估有一定的实用价值。     

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.     

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.     

钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀与疲劳耦合损伤

钢筋混凝土桥梁在运营过程中同时承受环境侵蚀作用和荷载疲劳作用,导致承载力衰变.通过对钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀损伤和疲劳损伤过程的相互影响分析,建立了钢筋锈蚀与疲劳损伤耦合效应下的钢筋截面综合损伤计算模型.对空心板梁的计算分析表明,锈蚀作用造成钢筋疲劳寿命显著减小.因此,钢筋截面综合损伤计算模型可为钢筋混凝土桥梁结构时变承载力评价提供依据.     

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...     

基于模态振型的简支梁损伤识别

相比结构的频率,振型反应的信息更加丰富.振型曲率是对结构损伤十分敏感的一个指标;利用简支梁结构损伤前后的1阶振型曲率差对其进行损伤识别,对损伤位置有较好的识别效果,而利用高阶振型无法进行识别;对于简支梁损伤程度,利用振型曲率差只能进行定性的识别,随着损伤程度的加深,图形突变增大.     

基于模态应变能法的钢筋混凝土梁裂缝损伤检测试验

应变能对局部损伤较固有频率更为敏感.把结构遭受裂缝损伤的应变能变化量作为损伤指标,提出一种新的无损裂缝识别方法.并把影响损伤指标因素与假设检验相结合,利用参数假设检验进行识别结果验证.用钢筋混凝土梁进行模态试验,提取梁损伤前后的模态参数,用该方法进行裂缝位置及深度参数的识别.结果表明,将该方法用于裂缝损伤检测是可行的.     

基于小波变换的钢桁梁桥损伤识别数值分析

为了验证基于曲率模态理论和小波变换相结合的损伤识别方法在桥梁结构监测中的适用性,采用SAP2000软件创建钢桁梁桥有限元分析模型.通过调整节点处单元弹性模量的方法改变节点的连接刚度,并模拟节点的不同损伤工况,然后对结构的模态振型进行曲率模态计算.在Matlab软件中应用Bior3.9小波函数编程,提取曲率模态信号的小波变换系数得到损伤指标D值,根据小波变换模极大值法对桥梁节点进行损伤识别.研究结果表明,该方法能够较好地识别出损伤节点的位置,并且损伤指标会随着损伤程度的提高而增大,为钢桁梁桥的损伤检测和健康监测提供了一定的参考和借鉴.     

钢筋锈蚀后砼耐久性的模糊可靠度分析

基于钢筋锈蚀引起砼开裂机理,考虑钢筋锈胀引起砼结构失效具有明显的模糊性,将模糊概率的数学模型引入锈蚀砼结构的可靠度分析中.对砼因钢筋锈胀开裂引起的耐久性失效进行模糊可靠度分析,建立钢筋锈蚀后耐久性模糊可靠度分析模型.通过算例证明,该方法符合实际情况,可用于工程实践.     

含裂纹高强钢丝的腐蚀损伤与拉伸性能研究

为了研究桥梁含裂纹拉索钢丝的腐蚀损伤机理和受拉力学特性,以含预置裂纹的腐蚀高强钢丝为研究对象,采用电弧线切割方法、中性盐雾腐蚀试验、拉伸试验、电镜试验和有限元分析,开展相关内容研究。提出了考虑中性盐雾腐蚀影响的含裂纹高强钢丝拉伸受力性能的评价方法。结果表明：刻痕的应力集中系数远大于正常腐蚀蚀坑的系数,钢丝力学性能的变化是由于初始裂纹进一步腐蚀而引起,特别在腐蚀初期,钢丝处于非常不利的阶段,其受拉性能较低。建立的初始裂纹钢丝有限元模型,能较好地描述中性盐雾腐蚀试验和静力拉伸试验得出的质量损失率、截面面积损失率及极限强度的关系。     

基于模态应变能诊断结构破损的修正方法

针对单元模态应变能法诊断结构破损时由于模态截断引起的计算误差等问题,改进了求妥系统特征向量导数的典型模态法,提出了仅用部分低阶模态来确定结构破损位置和大小的修正方法,从而减小了模态截断对诊断结果的影响。