广义静力模型修正方法及结构关键区域参数识别

摘要

大型土木工程结构的健康监测与状态评估是当前土木工程领域的研究热点之一，损伤诊断是其中的一个关键问题，是建立结构预警体系的重要环节。结构多尺度有限元模型可以在不同尺度上描述结构整体、关键构件及局部热点处的力学行为，建立结构多尺度模型是当前结构健康监测和状态评估中的研究热点，是结构损伤识别或破坏过程仿真分析中的重要数值方法。但是，多尺度模拟带来的多尺度模型修正问题的理论研究还十分有限，因此，针对多尺度模型修正开展研究无疑具有重要的理论意义和应用前景。本文针对多尺度模型修正问题，进行结构全尺度误差定位和局部关键区域参数识别的研究。主要研究内容和方法如下：
　　 1、调研了模型修正技术的研究现状。静力模型修正过程简单、修正参数意义明确且修正精度高；而在动力模型修正中，首先存在阻尼的不确定问题，其次修正过程中涉及动力特性参数（如特征值、特征向量）的计算问题，不仅计算量大、难度高，而且不同的算法得出的结果也不尽相同。由此出发，提出了广义静力模型修正方法。该方法避免了特征值和特征向量的计算，基于动态测试数据，采用静力模型修正方法来实现模型修正。
　　 2、开展了带有质量块悬臂梁的静力试验，利用静力试验测到的位移数据进行结构的静力模型修正；进行悬臂梁结构的动力试验，获得动力特性参数值，利用广义静力模型修正方法对结构进行修正；然后进行了修正模型的相互验证。验证结果表明，提出的广义静力模型修正方法是可靠的。在完好的悬臂梁结构上，预制人为损伤，采用上述方法，对结构进行损伤定位。
　　 3、已有的针对一致多尺度模型修正的研究，在实现局部细节处的修正时仍放在结构整体中考虑，即仍要通过整体分析才能实现局部细节模型的修正。由于结构整体响应对局部损伤或缺陷不敏感，相应地，在结构整体上对局部精细模型实施修正难以实现较高的修正精度，对局部细节处的模拟效果不太理想，达不到结构状态评估的要求。由此，提出了基于子结构理论的局部关键区域参数识别方法。
　　 4、进行结构局部关键区域响应的测量试验。根据测量信息对结构易损细节处的局部模型实施修正。在局部修正模型的基础上，预制人为损伤并进行损伤识别。研究结果表明，提出的关键区域参数识别方法是有效可靠的。

目录

文摘

英文文摘

基金项目

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 大跨桥梁结构健康监测的研究现状

1.2.1 结构健康监测的关键技术

1.2.2 结构健康监测的关键理论

1.3 模型修正研究现状

1.3.1 模型修正方法

1.3.2 多尺度模型修正

1.4 本文的主要工作

参考文献

第2章 广义静力模型修正方法

2.1 静力模型修正方法

2.1.1 经典灵敏度分析方法

2.1.2 复变量求导法灵敏度分析

2.2 广义静力模型修正方法

2.3 模型修正编程及数值验证

2.3.1 模型修正程序的设计

2.3.2 数值验证

2.4 本章小结

参考文献

第3章 预制损伤结构试验及模型误差定位

3.1 悬臂梁结构试验及模型修正

3.1.1 静力响应试验及模型修正

3.1.2 动力特性试验及模型修正

3.1.3 修正模型的相互验证

3.2悬 臂梁结构损伤试验和模型误差定位

3.2.1 静力响应试验及损伤定位

3.2.2 动力特性试验及损伤定位

3.2.3 损伤定位模型的相互验证

3.3 误差分析

3.4 本章小结

参考文献

第4章 结构关键区域参数识别方法

4.1 子结构方法

4.2 局部模型修正编程及数值验证

4.2.1 局部模型修正编程

4.2.2 基于位移测量信息的局部模型修正数值验证

4.2.3 基于应变测量信息的局部模型修正数值验证

4.3 本章小结

参考文献

第5章 结构关键区域损伤模拟及参数识别

5.1 损伤识别方法

5.2 局部位移场测量方法

5.3 局部位移场测试试验

5.3.1 试验方法

5.3.2 试验步骤

5.4 局部参数识别

5.4.1 材性实验结果

5.4.2 局部损伤识别结果

5.5 本章小结

参考文献

第6章 结论及展望

6.1 本文的主要工作及主要研究成果

6.2 后续研究工作展望

致谢

攻读硕士期间撰写与发表的论文