基于动力指纹的网架结构损伤识别实用方法研究

摘要

空间网架结构体系有杆件受力合理、整体性能好,生产施工方便等优点,在公共建筑特别是大跨度建筑中被大量采用。在结构长时间的服役期里,必然会因为各方面原因造成或大或小的损伤。如果不及时发现处理,有可能会酿成严重事故,所以对结构进行损伤识别有着重要的意义。简单结构的损伤检测相对容易,但是网架结构杆件和节点杆件众多,现有的损伤识别方法难以有效应用。本文以网架仿真模型为基础,对网架结构的损伤识别方法作了深入的研究,主要内容有:
　　阐述了结构损伤识别的方法,总结了基于动力参数的损伤识别方法,并讨论了各个方法的原理及优缺点。
　　探讨了在网架结构中应用坐标模态置信准则进行损伤识别的可能性。根据单元模态应变能变化率的结构损伤定位法的特点,引入了敏感模态的概念和确定方法,定义了敏感单元模态应变能变化率的损伤定位指标。将柔度与刚度方法结合起来,提出了一种结构损伤程度评估的方法。将敏感单元模态应变能变化率指标与单元损伤程度评估方法联合起来形成了网架结构损伤识别的两阶段法。
　　设计了用来验证上述方法的网架结构模型,阐述了对网架结构进行有限元分析的3种假设,可以简化网架结构的分析过程。推导了网架结构分析时的基本单元,包括空间杆单元的单元刚度矩阵、转换矩阵、结构整体的刚度矩阵。并总结了网架结构的自振特性,为下一步进行有限元仿真分析奠定了理论基础。
　　利用ANSYS有限元软件的命令流方法编写了网架结构模态分析程序,根据不同的损伤对计算参数进行调整即可进行该工况的模态分析。
　　针对网架结构可能的损伤情况模拟了8种损伤工况进行模态分析。首先计算了坐标模态置信准则(COMAC)指标对网架损伤的识别效果,结果表明:COMAC指标虽不能准确定位出损伤杆件的位置,但是能够确定可能损伤的单元,缩小损伤识别的范围。利用Zernike矩相关性分析准则(ZDAC)可以判断振型相关性的原理,判别了各损伤工况的敏感模态,得到了结构损伤程度及位置的不同对各阶模态影响不一的结论。使用敏感单元模态应变能变化率指标对损伤位置进行了定位,证明了利用敏感模态可以提高单元模态应变能变化率指标的定位精度。最后损伤程度评估方法对损伤单元进行了评估,结果显示,利用前5阶模态就可以对损伤程度进行比较准确的计算。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 研究背景

1.3 结构损伤识别方法

1.4 几种常见的动力指纹

1.5 结构损伤识别研究有待解决的问题

1.6 本文主要研究内容

第2章 动力指纹方法研究

2.1 基于坐标模态保证准则的损伤识别方法

2.2 基于单元模态应变能的损伤识别方法研究

2.3 基于结构柔度的损伤识别方法研究

2.4 网架结构损伤识别两阶段法

2.5 本章小结

第3章 网架的设计及仿真模型建立

3.1 网架模型的设计

3.2 有限元仿真模型建立

3.3 本章小结

第4章 网架结构损伤识别有限元数值分析

4.1 空间网架结构算例

4.2 基于COMAC指标损伤识别

4.3 基于敏感单元模态应变能变化率指标的损伤识别

4.4 损伤程度评估

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献