梁式结构损伤识别的应变模态灰色相关性研究

摘要

由于受到荷载和使用环境等因素影响，工程结构在运营中往往会产生结构性损伤，某些损伤甚至可能会引发灾难性事故，所以对既有结构进行损伤识别具有重大工程价值。结构损伤识别可主要分为静力损伤识别和动力损伤识别两类，其中动力损伤识别时损伤识别标识参数繁多，如何确保参数变化正确反映结构实际状态一直是研究的热点。应变模态是一种对结构局部特征变化较为敏感的模态参数，结构损伤引起刚度变化致使应变模态振型变化，由此可用于结构损伤识别。灰色相关理论在处理小样本数据时因具有定量分析结果时，通常不会出现异常并保持与定性分析的一致性，广泛应用于系统识别。本文将应变模态与灰色相关性相结合，以简支梁和等跨连续梁为研究对象，寻求通过应变模态灰色关联分析进行损伤识别的方法并对其识别的有效性与效果进行系统的研究。
　　1、论文较为系统地介绍了结构应变模态理论及其在结构损伤识别中的应用，同时系统地阐述了灰色相关性理论及其“小样本、贫信息”辨识优势。在此基础上，把结构应变模态与灰色相关性相结合，提出了基于应变模态灰色相关性的结构损伤识别方法，并推导出结构应变模态灰色相关性关联度系数的数值计算公式。
　　2.分别以简支梁和连续梁为例，采用ANSYS数值模拟和Matlab数据处理，基于应变模态振型的灰色关联系数值对损伤位置、损伤程度的能力进行系统研究，结果表明:采用各模态振型测点的灰色关联系数能够对结构损伤位置实现有效判定（模态振型节点处损伤有可能漏判），并能对结构损伤的相对大小（程度）进行一定的辨识。
　　3、制作不同损伤位置的简支试验钢梁，采用应变模态测试技术，以获取的应变振型数据，对基于振型数据灰色相关性分析进行不同测点数量下的结构损伤识别方法和有效性进行了验证。试验采用了应变测点稀疏和加密两种方案，结果表明，两种试验方案均能对结构模型的损伤位置进行有效识别，应变测点越多，结构损伤定位越精确。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 桥梁损伤检测发展概况

1．3 桥梁结构损伤概念及方法

1．3．1 桥梁损伤概念

1．3．2 桥梁损伤检测方法

1．4 本论文研究内容

第2章 应变模态法

2．1 应变模态原理

2．1．1 概述

2．1．2 应变模态振型三种推导方法

2．2 应变模态与位移模态和曲率模态的关系

2．2．1 应变模态与位移模态

2．2．2 应变模态与曲率模态关系

2．3 应变模态测取

2．3．1 应变片直接测试法

2．3．2 传感器间接测试法

2．4 本章小结

第3章 基于应变模态灰色相关性的损伤识别方法

3．1 基于模态振型的损伤识别

3．2 灰色相关性理论

3．2．1 灰色理论的产生与发展

3．2．2 灰色关联系数及关联度

3．2．3 应变模态的灰色关联系数

3．3 本章小结

第4章 应变模态灰色相关性损伤识别的数值模拟

4．1 引言

4．2 简支梁损伤识别

4．2．1 跨中单处损伤

4．2．2 1／4跨单处损伤

4．2．3 1／4、1／2跨两处损伤

4．3 连续梁损伤识别

4．3．1 边跨跨中单处损伤

4．3．2 中跨跨中单处损伤

4．3．3 边跨和中跨跨中两处损伤

4．4 本章小结

第5章 应变模态灰色相关性损伤识别的试验研究

5．1 引言

5．2 简支梁试验模型制作

5．3 简支梁损伤识别试验

5．3．1 试验Ⅰ稀疏应变测点损伤识别

5．3．2 试验Ⅱ加密应变测点损伤识别

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文及科研成果