基于局部振动模型识别的损伤检测方法研究

摘要

航空航天以及土木等工程结构由于自然灾害或疲劳、腐蚀等会产生不同程度的损伤，经过长期的累积必然会导致结构破坏或使用性能降低。为了提高结构的安全性与可靠性，无损检测技术得到了越来越多的关注。“虚拟激励”法作为一种基于振动与非接触式激光测量技术的损伤检测方法近年来逐渐得到发展，其在检测过程中无需整体结构的振动模型或基准信号。本文基于“虚拟激励”法进行了以下几个方面的研究。
　　首先，深入研究了传统的“虚拟激励”法。针对传统方法需要借助严格的振动微分方程以及依赖结构的力学参数的缺点，在各类板梁理论的基础上，本文提出了一种基于广义振动模型识别的损伤检测方法（General Vibration Model Identification, GVMI）。该方法以多阶微分方程形式描述结构的振动响应，利用最小二乘法拟合方程中的系数，从而建立了结构的广义局部振动微分方程。
　　接着，以铝蜂窝夹层悬臂梁为例建立有限元模型，考虑损伤位于蒙皮和芯层两种情况，定量评估单频点力激励下GVMI方法的损伤检测效果，选取合适的采样间距，提高了其抗噪能力。改变损伤位置，针对出现的检测盲区，探讨两种情况下损伤与位移波长间的关系，分析了两者不敏感区域差异的原因。在此基础上，通过扩展激励频率对GVMI方法进行了优化，确定有效频率范围，将损伤指数进行归一化并对数据进行了融合，消除了检测盲区。
　　最后，搭建了实验平台，利用扫描式激光测振仪采集试件各点的振动位移，对单个与多个损伤分别进行定位，验证了两种损伤方式下GVMI方法的可行性。

目录

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.2损伤检测方法介绍

1.3基于振动特性的损伤检测方法

1.4本文的研究目标与内容安排

第二章 传统的PE方法

2.1传统PE方法的基本原理

2.2有限元分析方法

2.3基于欧拉-伯努利梁理论的有限元仿真

2.4基于复杂梁理论的PE方法

2.5本章小结

第三章 基于广义振动模型识别的损伤检测方法

3.1基本原理

3.2参数的重构

3.3以蜂窝夹层结构为例的有限元仿真建模

3.4GVMI方法的数值仿真验证与分析

3.5本章小结

第四章 GVMI方法的进一步优化

4.1GVMI方法识别不同位置损伤

4.2两种损伤形式的检测盲区不同的原因分析

4.3扩展激励频率对GVMI方法进行优化

4.4利用优化后的GVMI方法进行损伤识别

4.5本章小结

第五章 实验系统及验证

5.1实验装置搭建

5.2损伤位于蜂窝夹层结构蒙皮时的实验验证

5.3损伤位于蜂窝夹层结构芯层时的实验验证

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.2 对未来的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文