模态曲率差技术在薄板损伤检测中的应用

摘要

大多数的工程结构,在遭受到地震、火灾等自然灾害或者长期的疲劳荷载和腐蚀作用下,常常会引起结构损伤,随着损伤的积累,其危险程度也逐步提高。结构损伤判断及损伤位置的确定,可以帮助人们对结构进行实时修复或改变结构的操作使用方法,以便降低结构的损伤积累程度,减少经济损失。 因此,结构损伤诊断技术倍受国内外建筑行业的重视,但其作为一个新的研究领域发展并不完善,本文主要针对板结构提出了基于模态曲率差的损伤识别方法。 首先,介绍了损伤识别技术在国内外的发展,对目前所采用的各种损伤识别方法的分类作了简单介绍,探讨损伤识别方法存在的问题和改进方法。 其次,总结了基于模态曲率差的结构损伤识别方法的理论,给出采用这种方法进行结构损伤识别的基本原理、概念及数值计算方法。 再次,以固支板和简支板为研究对象,采用改变单元弹性模量的方法模拟结构损伤,应用基于模态曲率差的损伤识别方法识别结构损伤。分析可知,用模态曲率差法进行结构损伤识别,仅有损伤单元的模态曲率差的值发生明显的变化,可以准确判定损伤的位置,但是损伤程度须借助其它方法综合判定。 最后,利用ANSYS软件良好的开放性、可定制性,及其提供的二次开发途径,根据自身的需要在标准ANSYS版本上利用用户界面设计语言(UIDL)和参数化程序设计语言(APDL)进行功能扩充和系统集成,生成具有行业分析特点和符合用户需要的用户版本的ANSYS程序,从而实现设计和分析的易用性、高效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1概述

1.2结构损伤识别技术在国内外的发展

1.3损伤识别技术的分类

1.3.1根据结构的参数识别分类

1.3.2根据对结构检测的整体性分类

1.4损伤识别方法存在的问题与改进

1.5本文研究的主要内容

1.6本章小结

2板的相关理论与分析方法

2.1薄板的振动

2.2高斯曲率

2.2.1曲面的第一基本量

2.2.2曲面的第二基本量

2.2.3高斯曲率

2.3矩形网格上薄板的差分方程式

2.4损伤程度识别

2.5板的有限元理论

2.5.1矩形板单元的刚度矩阵

2.5.2矩形板单元的一致质量矩阵

2.5.3广义特征值方程的建立

2.5.4子空间迭代法

2.6模态分析仿真软件

2.6.1 ANSYS软件简介

2.6.2 ANSYS模态分析简介

2.6.3 ANSYS模态分析的过程

2.7本章小结

3基于模态曲率差的损伤识别数值分析

3.1四边固支薄板

3.1.1算例分析

3.1.2固支板单元损伤的结果及分析

3.1.3结论

3.2四边简支薄板

3.2.1算例分析

3.2.2简支板单元损伤的结果及分析

3.3四边简支薄板损伤程度分析

3.4本章小结

4基于模态曲率差的板损伤检测模块在ANSYS中的实现

4.1参数化程序设计语言(APDL)

4.2用户界面设计语言(UIDL)

4.2.1控制头文件

4.2.2构筑模块

4.2.3开发图形用户界面的步骤

4.2.4开发实例

4.3小结

5.结论

致谢

参考文献