基于应变模态的桁架结构损伤识别

摘要

结构健康监测技术起源于上个世纪的五六十年代，最初主要是在航空航天领域进行结构载荷监测。随着经济的发展，科学技术的进步，现代社会的建筑向大型化、复杂化发展，这些结构在复杂的自然环境中受到各种威胁，导致结构产生各种可能的损伤。为了保证安全，就要准确及时地对结构进行损伤检测，以获得结构准确的运行状况，从而及时对损伤进行修复。这对保障人民生命财产安全、减少经济损失具有极其重大的意义与作用。
　　 本文阐述了国内外结构损伤识别的研究发展现状，论述和研究了基于动力参数进行结构损伤诊断的理论与方法。讨论了运用应变模态的方法对结构进行损伤识别的思想以及方法。
　　 本文选用桁架结构作为研究对象，对一简支桁架结构进行了数值仿真计算，利用桁杆单元的特殊性质，用将节点位移转变为单元应变的方法，对桁架结构进行了损伤识别。得出如下结论：
　　 (1)在一阶应变模态下，桁架结构各类单元杆件分别发生不同程度的单位置损伤时，受损单元的相对应变值远远超过其他无损单元，一阶相对应变对各杆损伤识别较为均匀，能有效地识别出结构损伤位置和定性的确定结构的损伤程度。
　　 (2)在更高阶应变模态下，高阶应变模态对于多数杆件损伤识别比较明显；但对于某些杆件，识别效果不佳；
　　 (3)当结构处于不同损伤位置、相同损伤程度的多损伤情况下，用一阶相对应变能有效的对损伤进行识别；
　　 (4)当结构处于不同损伤位置、不同损伤程度的多损伤情况下，当多损伤的损伤程度相差较小时，一阶相对应变对各受损单元都能进行有效的识别：当损伤程度相差较大时，一阶相对应变只能识别出损伤程度较大者，对损伤程度较小者识别效果并不明显。
　　 通过仿真试验对同一简支桁架结构进行了应变模态分析，分析了其在简谐激励下的应变模态的获取方式，并对结构发生单损伤、多损伤的情况下进行了损伤识别，证实了一阶相对应变对结构损伤识别的有效性和实用性。
　　 基于实验模态对一简支桁架结构进行了应变模态分析，证实了一阶相对应变对结构损伤识别的有效性和实用性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1结构损伤检测的意义

1.2国内外动力检测方法的研究现状

1.3存在的问题

1.4论文研究的主要内容

第2章结构损伤识别理论

2.1概述

2.2基于模态分析的结构损伤识别理论

2.2.1基于结构固有频率变化的损伤识别技术

2.2.2基于振型和振型曲率的损伤识别技术

2.2.3基于刚度变化的损伤识别技术

2.2.4基于柔度矩阵的损伤识别技术

2.2.5基于模态应变能的损伤识别技术

2.2.6基于模态置信度判据的损伤识别技术

2.3本章小结

第3章基于应变模态的结构损伤识别研究

3.1应变模态的表达

3.2应变模态模型的推导

3.2.1直接法

3.2.2从连续体的振动微分方程推导

3.2.3从有限元方法推导

3.3利用应变模态判断损伤的方法

3.4应变模态测试技术

3.5运用振动位移模态推算桁架结构的应变模态

3.6本章小结

第4章应变模态法识别桁架结构损伤的数值仿真分析

4.1对桁架结构进行模态分析

4.2基于应变模态的桁架结构损伤识别分析

4.2.1杆件结构的单损伤识别分析

4.2.2杆件结构的多损伤识别分析

4.3桁架结构的应变模态仿真试验

4.3.1简谐激励下结构应变模态的获取

4.3.2桁架结构的损伤识别

4.4本章小结

第5章基于实验模态的结构应变模态分析

5.1试验方案

5.2试验仪器

5.3试验结果分析

5.4本章小结

第六章结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录：攻读学位期间所发表的学术论文目录及参与项目