基于残余能量灵敏度分析的结构损伤识别研究

摘要

土木工程结构在长期运营过程中受各种因素影响,不可避免地会遭受不同程度的损伤。结构损伤识别作为健康监测的核心内容之一,是近年来的研究热点。工程结构的动态特征灵敏度分析对工程结构的损伤识别、动态设计、优化设计、控制理论和动力修改等方面的研究有着十分重要的意义。近年来,由基本模态参数衍生出来的基于能量的指标如应变能、残余能量等对损伤的敏感性得到了广泛关注,其灵敏度分析也成为一个重要内容。本文对残余能量和单元残余能量进行了灵敏度分析,并将其用于结构损伤识别,得到了一些有益的结论。主要工作和研究内容如下:
　　 1.回顾了损伤识别的发展,综述了结构动态特性灵敏度分析和损伤识别的研究现状,指出了当前损伤识别研究存在的不足。
　　 2.提出了基于残余能量灵敏度的损伤识别方法,建立了相应的损伤识别方程组,通过求解损伤方程组,能同时识别损伤位置和损伤程度的。仿真算例分析结果表明了该方法的有效性。
　　 3.定义单元残余能量,推导了无阻尼线性系统单元残余能量的一阶灵敏度和二阶灵敏度解析表达式,分析了单元残余能量对损伤参数的灵敏度,进一步建立了基于单元残余能量灵敏度分析的结构损伤方程组。为解决方程组的病态问题,引入了增广方程组法,该方法只需第一阶模态参数便能同时识别结构损伤位置和损伤程度。
　　 4.为研究基于单元残余能量灵敏度分析的损伤识别方法对不同结构的适用性,采用一简支梁和一平面桁架结构进行了仿真分析,结果表明,该方法能很好识别损伤位置和损伤程度。
　　 5.引入蒙特卡罗方法对基于单元残余能量的灵敏度分析方法进行了抗噪性能研究,并研究了损伤识别精度与损伤程度、噪声水平、结构类型的关系。