基于結構振動模態(tài)分析的損傷識別數(shù)值與試驗研究.pdf

1、土木工程結構在其設計使用年限內長期受到環(huán)境荷載作用,將不可避免地產(chǎn)生不同程度的損傷,從而埋下了事故的隱患。我們可以利用結構的動力特性和結構的物理參數(shù)兩者之間的映射關系,通過分析結構的振動測試信息來實現(xiàn)結構的損傷診斷。這種基于振動響應的無損檢測技術在土木工程健康檢測及安全評估中發(fā)揮著重要的作用,已引起廣泛的關注。
　　準確的結構動力特性參數(shù)是運用基于振動響應的無損檢測技術的前提和基礎。本文首先分析了利用自然激勵技術(NExT)和特征

2、系統(tǒng)實現(xiàn)算法(ERA)進行結構模態(tài)參數(shù)識別的理論基礎,提出利用奇異熵增量的導數(shù)來確定系統(tǒng)的階次,用以解決 ERA模型定階困難這一問題。然后,通過Simulink對一簡支梁結構進行了數(shù)值仿真。結果表明自然激勵技術(NExT)和特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法(ERA)可以準確的識別結構模態(tài)參數(shù),具有較好的抗噪能力。
　　在此基礎上,本文采用靈敏度分析和優(yōu)化算法建立結構振動特性與損傷信息的關系,進行結構損傷識別研究。主要研究了兩個方面的問題,一方面,

3、本文采用矩陣攝動理論,提出了單元損傷的一階和二階靈敏度分析的損傷識別方法;進一步提出了迭代損傷識別方法,解決了攝動法對大損傷程度識別精度低的問題;同時探討了定位定量的兩步法,有效的改善了實測模態(tài)參數(shù)不完備時的識別效果。通過數(shù)值算例驗證發(fā)現(xiàn),攝動靈敏度方法在保證識別精度的前提下大大減少了計算量。另一方面,本文將損傷識別問題轉化為約束優(yōu)化問題,建立了測量模態(tài)參數(shù)與理論模態(tài)參數(shù)的誤差目標函數(shù),并采用一種隨機搜索全局優(yōu)化新方法――粒子群優(yōu)化算法

4、(PSO)進行損傷識別;建立了基于柔度靈敏度的傳感器優(yōu)化布置方法,利用有限的傳感器獲得盡可能多的損傷信息;并提出了子結構分布式損傷識別法,較好地解決了由于識別參數(shù)太多導致優(yōu)化求解的效率降低的問題。通過算例驗證了方法的有效性。
　　最后,對上述算法進行了實驗驗證。采用一槽鋼懸臂梁結構,在槽鋼上切割缺口模擬損傷。分別對損傷和未損傷結構進行了振動測試,并通過 ERA方法獲取損傷前后的模態(tài)參數(shù),然后進行了模型修正,建立了未損傷梁的基準模型