典型结构模态精确测试及损伤识别方法研究

摘要

结构模态是指结构自由振动时各阶固有频率、振型及阻尼比的统称，模态在振动理论中有明确的物理含义。但对于实际结构，特别是阻尼比较大时，振型间存在耦合效应，此时的振型与理论值有何差异甚至基本振型之外的高阶振型能否准确识别，这些问题事关振动理论在工程中的应用效果，值得深入研究。基于模态测试的结构损伤识别是一种较实用的方法，探讨其在二维壳体中的应用也是本文的主要目标之一。全文主要工作如下。
　　 1.设计了三层剪切型钢框架模型，首先计算其理论模态，然后通过三种常用的模态测试方法（脉动法、初位移释放法和正弦激振法），系统地测试了其在由小到大逐渐增加的阻尼比情况下的各阶模态。
　　 2.自行设计了可调阻尼硅油阻尼器，与被测模型结构可以很好地匹配，实现阻尼比从0.2％到5％甚至更高连续可调。
　　 3.用对数衰减法、共振法和自功率谱法对不同阻尼比的各工况进行测试，对这三种方法的优缺点和适用性做了比对与评述。模态测试结果验证了不同阻尼比工况下结构各阶模态测试的精确程度，表明了脉动法、初位移释放法和激振的方式测试模态的精度依次提高，且高阶模态测试精度可达97％以上。
　　 4.设计制作了两组共六个钢壳体模型，对每组中完好、径向损伤和环向损伤钢壳分别做模态测试，得到其时域、传递函数和自谱等数据。对比说明完好和损伤壳结构频谱的特点。利用乐音频谱的规律性，根据钢壳体模型特点，提出根据传递函数频谱有效峰值和谱线间隔两种损伤识别基准。据此基准得到的判别结果说明乐音准则法对于识别壳体结构的径向损伤、广义上是对影响其结构刚度和传力方式的关键性损伤的识别有良好的效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 试验模态分析技术发展概况

1．3 模态参数分析在工程结构损伤识别中的应用

1．3．1 直接比较模态参数的损伤识别方法

1．3．2 其他衍生出的模态参数损伤诊断方法

1．4 各章主要研究内容及安排

第二章 钢框架结构模型模态测试

2．1 引言

2．2 实验模型及加设阻尼方式

2．1．1 模型及加设阻尼情况

2．1．2 不同阻尼比的几种工况

2．2 钢框架模型模态的理论计算

2．3 实验仪器及方法

2．3．1 实验仪器设备

2．3．2 传感器布置

2．3．3 测试系统传感器标定

2．3．4 测试方法

2．4 结构频率和振型测试结果

2．4．1 脉动测试得到的固有频率和振型

2．4．2 初位移释放法得到的振型

2．4．3 正弦激振得到的振型

2．5 理论计算与实测振型的对比

2．5．1 实验结果振型图对比

2．5．2 测试振型精度分析

2．6 本章小结

第三章 钢框架结构阻尼比的几种测试方法

3．1 原模型阻尼比的自由振动衰减法测试

3．2 加设阻尼模型一阶阻尼比测试方法

3．2．1 自功率谱法计算阻尼比

3．2．2 共振法

3．3 常用结构阻尼比识别方法小结

3．4 本章小结

第四章 基于乐音准则法的钢壳体损伤识别

4．1 引言

4．2 实验模型

4．3 试验方法

4．3．1 试验设备及传感器布置

4．3．2 振动测试方法

4．4 试验结果及损伤识别

4．4．1 试验测得的损伤前后时频域结果对比

4．4．2 依据乐音准则法的数学表达进行损伤识别

4．5 本章小结

第五章 结语与展望

5．1 本文工作总结

5．2 下一步工作展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士期间主要参与的课题