基于互相关函数幅值向量的随机激励下古木结构的损伤检测

摘要

中国古建筑结构以木结构为主,是中国优秀文化的历史沉淀和中华文明的重要组成部分。古建筑在几百年甚至上千年的使用过程中,受周围环境、自然灾害及各种人为因素的作用,遭受到了不同程度的损伤和破坏。现代交通等各种环境激励引起的随机振动会使古建筑受到持续的损伤,不可避免的造成结构的损伤积累和抗力衰减,可能导致结构的破坏。因此,古建筑随机激励下的损伤检测研究对古建筑的保护有着十分重要的意义。
　　本文通过对古木结构进行分析,选取古建筑的典型结构-古木梁的相关参数,运用有限元通用软件ANSYS建立木梁的有限元模型,通过降低单元刚度模拟结构的损伤,运用互相关函数幅值向量的方法对木结构进行随机激励下的损伤识别及定位分析,主要研究的内容有:
　　首先,通过计算完好结构在频谱基本稳定的两个随机激励样本下动力响应(速度、位移)的互相关函数幅值向量,验证了互相关函数幅值向量具有固定的形态,并构建完好结构之间的损伤因子CVAC作为基准值,为损伤检测提供判别依据。
　　其次,通过计算结构损伤前后的动力响应(速度、位移)的互相关函数幅值向量R,构建损伤结构与完好结构之间的损伤因子,根据结构损伤前后损伤因子的变化识别结构的损伤。
　　最后,进一步计算结构损伤前后互相关函数幅值向量对应元素的相对变化K,K中相邻的两个最大值分别对应着损伤单元的两个结点,由此实现了结构的损伤定位分析。根据薄梁的表面应变与梁挠度之间关系,将位移响应互相关函数幅值向量的相对变化进行二次差分处理,与结构应变响应互相关函数幅值向量的相对变化进行对比,验证了该方法的可行性。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 古建筑的基本特征和主要破坏类型

2.1 中国古建筑发展概况

2.2 古建筑木结构的基本特征

2.3 古建筑木结构的连接特点

2.4 古建筑的主要破坏类型

2.5 古建筑木结构材质状况损伤检测的主要技术方法

2.6 本章小结

3结构健康监测和损伤检测的研究方法

3.1 结构健康监测的目的与意义

3.2 结构健康监测相关的几个概念

3.3 常用的结构损伤检测技术方法

3.4 结构损伤检测技术的发展方向

3.5 本章小结

4 随机振动及互相关函数幅值向量的基本原理

4.1 随机振动及其特征

4.2随机过程的统计特性及互相关函数

4.3 互相关函数幅值向量的基本原理

4.4本章小结

5 基于互相关函数幅值向量的随机激励下古木结构损伤检测

5.1木材的特性及参数的选取

5.2 有限元模型的建立

5.3随机激励的选择

5.4 互相关函数幅值向量的固定形态

5.5 结构的损伤识别

5.6 损伤定位分析

5.7 不同损伤程度下结构损伤因子的变化

5.8 本章小结

6结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附 录