基于模态应变能法的结构损伤检测方法研究

摘要

本论文论述了结构健康监测与损伤诊断的意义、研究现状及发展历程,介绍了现有的各种损伤诊断方法,并对各种损伤诊断方法的优缺点进行了概述。本文在学习了基于模态应变能的结构损伤诊断方法,了解了国内外对模态应变能损伤诊断方法的研究现状的基础上提出了一种基于模态应变能的损伤诊断指标。此指标首先考虑了结构模态参数识别的要求,利用经过有限元分析后的结构模态振型数据进行损伤识别；其次,将结构损伤前后构件物理特性变化赋予结构损伤诊断指标,使损伤诊断指标具有明确的物理意义。本文利用悬臂梁和框架结构有限元模型对该方法的可行性进行了数值验证。验证结果表明本文提出的损伤诊断指标能够有效地对结构的损伤进行定位,对构件损伤程度的评估也能得到令人满意的结果。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 结构健康监测的研究现状

1.3 损伤检测的基本思路

1.4 结构损伤识别方法分类

1.4.1 无模型识别方法和模型识别方法

1.4.2 模型修正法和动力指纹分析法

1.5 结构动态损伤识别的常用方法

1.5.1 基于固有频率的损伤识别

1.5.2 基于刚度变化的损伤识别

1.5.3 基于柔度变化的损伤识别

1.5.4 基于模态曲率的损伤识别

1.5.5 基于应变能变化的损伤识别

1.5.6 基于时域响应的损伤识别

1.5.7 神经网络方法

1.6 本文的研究内容

1.7 本章小结

2 模态应变能方法及改进

2.1 概述

2.2 模态应变能方法基本原理

2.2.1 结构破损的定位方法

2.2.2 结构破损大小的确定

2.2.3 实施步骤

2.3 一种基于模态应变能的新损伤诊断指标

2.4 本章小结

3 损伤识别数值算例

3.1 ANSYS仿真与模态分析

3.1.1 ANSYS简介

3.1.2 ANSYS模态分析

3.2 悬臂梁数值算例

3.2.1 悬臂梁有限元模型

3.2.2 损伤工况模拟及损伤结果分析

3.3 框架结构数值算例

3.3.1 框架结构有限元模型

3.3.2 损伤工况模拟及损伤结果分析

3.4 本章小结

4 全文总结与展望

5 致谢

6 参考文献

附录