基于模态应变能相关性的结构损伤定位研究

本文基于灰色相关性理论,通过分析结构发生损伤时单元模态应变能与未损伤时单元模态应变能的相关性对结构损伤进行定位,提出了模态应变能置信因子,根据该因子的变化曲线即可实现结构损伤的准确定位。将该方法用于两端固支梁的单损伤及多损伤的损伤定位中,识别结果可以验证:无论是单损伤还是多损伤、损伤是连续或是不连续、损伤程度是否相同,该方法对结构中的损伤都能实现准确定位,后续研究将此方法应用于大型复杂结构的损伤识别中。     

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．     

基于敏感模态单元应变能法结构损伤识别

根据结构损伤前后特征值变化率选择对损伤单元应变能变化灵敏度较高的模态,建立一种高效的并具有较好鲁棒性的结构损伤识别的方法.从结构振动方程出发,推导结构损伤前后特征值变化率和应变能变化的关系式,建立一个由特征值变化率、单元损伤因子、单元损伤灵敏度因子以及单元损伤修正因子组成的结构损伤识别方程.应用单元损伤修正因子建立结构的损伤定位指标,并应用结构损伤识别方程式推导出单元损伤程度因子的解析表达式.应用本方法对一新型防浪提结构进行单一处损伤和多处损伤的损伤位置识别和损伤程度识别,最后,对本文提出的损伤识别方法的抗噪声性能进行测试.研究结果表明:本方法具有较好的鲁棒性,并且识别结果具有较高的精度,表明本文提出方法具有高效性.     

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.     

基于模态应变能法识别板类结构损伤的数值研究

应用模态应变能理论得到了能用于板类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Ansys进行有限元分析，得到板损伤前后的前五阶模态．然后再运用Mathematics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，采用本研究提出的损伤指标，对板类结构进行损伤定位识别是可行的．     

采用应变能方法定量分析输电塔损伤程度

为了解决输电塔结构的损伤识别问题,提出了基于模态应变能变化率和能量方程的两步识别方法。首先利用模态应变能变化率方法进行较为精确的损伤定位,然后引入损伤后的单元刚度矩阵,对结构模态应变能耗散率理论进行了相关的改进研究,从而推导出更精确的损伤定量方程方法。该方法只需要前几阶振型模态,不需要完备的测量信息。数值仿真的结果表明,该两步识别方法可以有效地识别出输电塔结构的损伤位置和程度。     

基于单元模态应变能灵敏度的结构损伤统计识别

基于单元模态应变能灵敏度,采用概率统计的方法,提出一种同时考虑模型不确定性和测试噪声影响的损伤统计识别方法。首先,建立基于单元模态应变能灵敏度分析的结构损伤方程组,然后,通过摄动法推导出损伤结构刚度参数的统计特性,并运用损伤概率模型计算各单元的损伤存在概率。最后,用一简支梁数值模拟算例验证了该方法的有效性。研究结果表明:损伤概率越大,表明存在损伤的可能性越大;损伤单元的损伤存在概率大于非损伤单元的损伤存在概率;随着损伤程度的增加,损伤存在概率不断增加,而随着噪声水平的增加,损伤存在概率减小。     

基于模态应变能法识别混凝土梁结构损伤的数值及试验研究

基于模态应变能理论,得到能用于混凝土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,运用数值计算及试验所测数值结果,得到梁损伤前后的前5阶模态,然后再运用Mathematics软件编程计算结构的各单元的损伤指标.数值模拟及试验结果表明,损伤指标在损伤单元处的数值是最大的.     

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.     

基于模态应变能与频率信息修正的结构多损伤识别研究

在工程结构的损伤诊断领域,采用模态应变能方法对多损伤识别的结果一般不太稳定,易产生误判现象．为了解决以上问题,提出了一种基于模态应变能与频率的信息修正识别方法．该方法首先利用应变能方法对结构损伤问题进行了初步的识别并获得局部决策,然后引入了频率识别方法以获得补充决策信息,最后利用证据融合理论对所获得的局部决策进行了信息融合修正,从而获得精度和识别效果更高的整体决策信息．仿真结果表明,采用了信息融合修正方法的结构多损伤定位,可以产生比单一信息源更精确、更完全的估计和判决,其识别效果不仅明显好于应变能方法,而且优于频率识别方法．     

基于应变能分析的双目标白车身模态优化

建立某混合动力SUV带挡风玻璃白车身的有限元模型,分析白车身的模态特性,并通过试验模态验证其可靠性。针对未达到35Hz目标值的后部扭转模态,通过改进白车身焊点、结构、板件厚度等步骤进行优化。在板厚优化之前引入模态应变能分析法,缩减模态灵敏度分析样本,提高优化效率。最终,白车身后部扭转模态频率由34.42Hz提升至37.39Hz,而车身质量仅增加0.2%(0.75kg),在实现白车身模态优化目标的同时还尽量减少了车身增重。     

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.     

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.