基于模态参数识别的概率损伤可靠性研究

摘要

本文针对三层钢框架模型，进行了有限元模态分析，并利用DASP采集及分析系统对该结构进行了多种方法的模态分析，即频域内的复模态导纳圆法、时域内的特征值实现法及随机子空间法进行模态参数识别，并与有限元分析的结果与模态试验分析中三种方法的分析结果进行对比，结果表明有限元分析与模态试验分析结果的较为吻合，说明了模态分析结果的正确性和有效性。 本文针对基于频率指纹的识别选用时域内的随机子空间法进行了参数识别，利用稳定图确定模态参数的方法收取结构模态参数。依据模态分析的稳定图和识别出的模态频率，随机抽取小样本数量的频率指纹，利用W正态性检验的方法，证明了识别出的频率指纹服从总体正态分布，结合参数估计中置信域的基本思想，对识别的频率指纹进行不同置信度下的参数估计，确定了频率指纹的单正态总体的置信区间。 以确定的单正态总体的置信区间为基础，采用附加质量法模拟结构的损伤，并利用模态置信准则搜索出多种工况中的最不利工况。以完好工况为基准工况，结合搜索出的最不利工况对识别的频率指纹进行双正态总体分布的参数估计，得到双正态总体分布的频率指纹在不同置信度下的置信区间。 利用置信区间估计的原理并结合损伤的概念，得出了统计损伤域。针对基准工况和搜索的最不利工况，结合双正态总体的参数估计，得出最不利工况对应的损伤程度的估计区间。结合损伤可靠性的基本原理，推导出基于频率指纹的损伤可靠性的公式，并以此为依据，确定了最不利工况对应各阶频率指纹的失效概率。

目录

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第一章绪论

1.1前言

1.2损伤的定义和特征

1.3与结构健康和可靠性相关的术语

1.4结构的损伤诊断

1.4.1结构的损伤诊断的目标

1.4.2结构损伤诊断的方法

1.5动力学损伤诊断的研究现状

1.5.1无模型的识别方法

1.5.2基于模型的无反演损伤指标定位方法

1.5.3基于模型的反演损伤识别方法

1.5.4小波分析

1.6本文研究的主要内容

第二章模态参数识别的基本理论及其试验研究

2.1模态参数识别的基本理论

2.1.1频域内基于复模态导纳圆法基本理论

2.1.2特征值实现法的基本理论

2.1.3随机子空间法的基本理论

2.2模态试验分析

2.2.1试验概况

2.2.2数值分析与试验对比

2.3本章小结

第三章基于稳态图的动力指纹统计分析

3.1稳定图的基本理论

3.2点估计和置信区间估计的基本理论

3.2.1点估计的基本概念

3.2.2区间估计的基本概念

3.3基于频率指纹的正态性检验-W检验法

3.4基于稳定图的算例

3.4.1矩法估计算例1

3.4.2正态性检验算例2

3.4.3基于稳定图的置信区间估计算例3

3.5本章小结

第四章基于动力指纹识别的统计损伤研究

4.1附加质量法的基本原理

4.2最不利工况搜索

4.2.1模态置信保证准则

4.2.2基于位移振型损伤判别的试验分析

4.3基于双正态总体的置信区间估计的损伤分析

4.3.1双正态总体的置信域估计的损伤基本理论

4.3.2基于双正态总体置信区间估计的损伤域算例

4.4本章小结

第五章基于概率损伤的可靠性研究

5.1概率损伤可靠性的基本原理

5.2基于频率指纹识别的概率损伤可靠性分析

5.3本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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