基于固有频率和模态振型差值曲率的结构损伤识别研究

摘要本文采用单元划分的原则,建立了悬臂梁结构的ANSYS有限元模型。对此悬臂梁有限元模型损伤前后的基本模态参数——固有频率进行对比分析,并利用对结构损伤识别更敏感、有效的模态参数——模态振型差值曲率进行结构损伤单元的识别研究。研究表明：结构损伤后固有频率明显降低,且随着损伤程度的增大固有频率衰减加剧,固有频率的衰减在一定程度上反映了结构的损伤性状;模态振型差值曲率对于结构的损伤位置和损伤程度具有优异的鉴别性,它的研究对于工程实践和科学研究都具有深远意义。     

径向基网络在简支梁损伤识别中的应用

对简支梁进行了损伤分析,研究了不同损伤工况下的频率变化率和模态振型曲率变化,并采用径向基神经网络对结构进行了损伤识别研究,研究中采用了三种方案:仅利用频率变化率;仅用第1阶模态曲率变化;综合使用前3阶频率变化率和模态曲率变化.结果表明,基于动力参数和径向基神经网络的结构损伤识别方法能够准确地识别结构的损伤程度,神经网络...     

基于曲率模态的预应力混凝土损伤定位

采用曲率模态对预应力钢筋混凝土梁构件的损伤定位进行了研究,采用有限元方法计算出结构的位移模态.根据得到的位移模态利用差分计算得到曲率模态曲线.数值计算结果表明,曲率模态曲线能够对结构损伤进行识别定位.     

基于曲率模态的连续刚构桥损伤识别研究

损伤识别是大型桥梁综合监测系统的重要任务之一.从曲率模态的损伤识别方法入手,研究了曲率模态损伤指标.对某一连续刚构桥进行数值仿真分析,分别通过曲率模态差和曲率模态比进行了损伤位置和损伤程度的识别,识别效果较好.     

混凝土曲线梁桥损伤识别干扰性分析研究

目前桥梁损伤识别主要采用曲率模态分析、振型曲率变化指标、结构固有频率变化、能量变化等方法理论,其中曲率模态分析法应用广泛,识别效果好。但是对桥梁结构同时存在多处不同程度损伤的识别效果并不理想;非结构损伤因素导致结构刚度变化对其识别结果的干扰性亦值得探讨。本文在基于曲率模态绝对差值理论的基础上,分析多处损伤识别的相互干扰性和非结构损伤因素导致结构刚度变化的干扰性,对该方法进一步优化完善。以云南大保高速某特大桥为依托工程,建立空间有限元模型,对该桥的损伤进行模拟分析。研究表明按模态振型幅值大小来优化损伤识别区段可以有效排除其干扰性,提高识别结果的准确性和可靠性。     

基于曲率模态振型进行梁式桥损伤识别研究

以刚架桥为具体研究对象,根据曲率模态振型,对刚架桥的损伤识别进行数值仿真研究。利用刚架桥损伤前后的曲率模态振型变化对刚架桥的损伤进行定位识别,探讨曲率模态振型用于刚架桥在不同损伤情况,以及不同损伤程度下的损伤识别诊断能力。数值仿真结果表明,曲率模态振型是梁式桥结构损伤识别的敏感标示量,可以对刚架桥的损伤进行识别。     

大跨斜拉桥扁平钢箱梁损伤定位指标的噪声鲁棒性比较研究

以润扬大桥斜拉桥的扁平钢箱梁结构为分析对象,采用子结构方法将扁平钢箱梁结构的整体尺度动力特性和细节尺度构件损伤相互衔接实现多尺度损伤分析。在此基础上对模态曲率、模态应变能、模态柔度和斜拉索索力等4类结构损伤定位指标的抗噪声干扰能力进行了对比分析。分析结果表明,模态应变能和模态柔度对于扁平钢箱梁结构损伤定位具有较好的互补性,将其相结合对扁平钢箱梁主跨和边跨的损伤识别具有较好的抗噪声干扰能力。     

基于模态分析理论和神经网络的斜拉桥拉索损伤识别研究

将振动模态分析和神经网络技术结合起来,以振动模态构造的损伤标识量作为神经网络识别输入的特征参数,进行结构健康监测。根据云阳长江公路大桥设计资料,考虑桥梁拉索结构的单构件损伤、2个构件损伤、3个构件损伤3类损伤工况,分别采用了模态频率、位移振型模态、曲率模态3种指标作为神经网络的输入参数,共建立9个BP神经网络模型进行了桥梁损伤识别的研究。研究结果表明基于振动模态分析理论和BP神经网络的桥梁损伤识别方法可用于识别斜拉桥拉索结构的损伤位置和损伤程度。     

基于柔度曲率差的汽车三维空间结构损伤识别

本文针对汽车三维空间结构损伤识别问题,提出根据模态参与比例系数的大小将柔度曲率分解到三维方向,求取柔度曲率差;最后以数值计算的例子进行验证,结果表明,对于汽车三维结构可以用对应的柔度曲率的三维分解对其损伤进行识别。     

曲率模态和神经网络在损伤识别中的应用

以连续梁为例，通过曲率模态及改进后的模态置信准则联合确定损伤位置，并使用神经网络判定各损伤处的损伤程度。数值模拟考虑了梁不同位置及不同程度损伤情况，研究了运用曲率模态和模态置信准则进行损伤和损伤位置的识别，分析了各自方法的优缺点，通过两种方法的联合运用，使损伤位置识别准确、合理，并且说明了1阶曲率模态的局部参数是损伤程度识别较优的网络输入量，最后运用神经网络识别损伤程度。     

连续梁结构损伤识别的小波神经网络方法研究

以含损伤的连续梁结构为研究对象,研究了识别结构损伤位置和损伤程度的小波神经网络方法。通过有限元分析和Lanczos法计算得到损伤结构的曲率模态参数,再利用曲率和应变的关系得到应变模态参数。根据连续小波变换理论并用Matlab小波工具箱,得到小波系数模极大值并判断出结构损伤的位置。以此为基础,将小波系数模极大值作为BP神经网络输入参数构造神经网络,通过损伤程度与小波系数模极大值之间的非线性关系,由神经网络的输出参数确定结构的损伤程度。建立了一种既能识别结构损伤位置又能确定损伤程度的小波神经网络方法。通过对一含裂缝的三跨连续梁的损伤识别计算分析,验证了该方法的有效性。     

基于结构振动的中承式拱桥吊杆损伤识别

吊杆是中、下承式拱桥的主要受力构件,其结构损伤影响桥梁的安全,因此,吊杆的损伤识别是结构健康监测的重要工作之一。本文以一座柔性桥面系中承式拱桥为对象建立了三维空间有限元模型并以锈蚀、断丝等引起的吊杆截面缺损作为损伤指标,通过数值模拟研究了结构振动特性与吊杆损伤之间的相关性。研究结果表明,模态曲率对结构损伤较为敏感,损伤识别的效果较好并在此基础上提出了综合运用结构自振频率变化、桥面结构模态曲率变化以及吊杆内力变化进行柔性桥面系中承式拱桥吊杆损伤识别的实用算法。     

基于均匀荷载面曲率差与模糊隶属度的简支梁损伤识别方法研究

桥梁结构在运营过程中受到外界环境、车辆荷载与自然灾害的影响,不可避免地出现材料性能退化与结构损伤,及时、有效地识别桥梁结构既有损伤,对保障桥梁运营安全具有重要意义。针对现有损伤识别方法准确性低、计算繁琐等不足,以简支梁为研究对象,提出了简支梁两阶段损伤识别方法。首先,采用模态分析提取简支梁前三阶竖向振动模态频率与振型,构建均匀荷载面曲率差进行损伤定位;其次,以典型损伤状态下的均匀荷载面曲率差作为损伤等级中心,计算测试工况均匀荷载面曲率差到损伤等级中心的隶属度,利用模糊隶属度判定测试工况的损伤等级。简支梁数值模型损伤识别结果表明,提出的两阶段损伤识别方法能够有效识别简支梁损伤,具有较高的准确性。     

基于曲率模态和小波系数差的损伤识别

针对单一方法对结构损伤识别不太敏感的缺陷,提出了结合曲率模态和小波分析的综合损伤识别方法。以损伤前后的曲率模态作为分析信号,进行离散小波变换,提取高阶频率系数。将高阶系数之差作为损伤指标,通过高频系数差值的奇异处可以识别损伤位置。经过对2跨连续梁的数值模拟,不仅能够识别1、2处损伤,还能识别支座附近的损伤。证实了此方法定位准确,易于识别的优点,并对一座2跨连续梁钢桥模型进行试验。     

中承式拱桥的吊杆损伤识别

针对中承式拱桥吊杆容易受损破坏的特点,通过数值模拟研究了中承式拱桥吊杆损伤位置和损伤程度的识别问题。提出了综合运用结构自振频率和曲率模态的吊杆损伤定位识别与损伤程度识别的实用方法。     

基于柔度差平均曲率的悬臂挡墙损伤识别

针对悬臂挡墙的损伤识别问题,提出了基于柔度差平均曲率的挡墙损伤识别方法.该方法引入微分几何理论中曲面上一点的平均曲率概念,通过该点上2个主曲率求其平均曲率.首先利用挡墙损伤前、后模态柔度矩阵求取柔度矩阵差,并以其列元素的平均值作为模态柔度差向量;然后利用中心差分法求得模态柔度差平均曲率作为检测挡墙损伤的新指标(FDMC).通过对悬臂挡墙的数值模拟研究,结果表明:无论对单处损伤还是多处损伤,该指标都能准确地识别挡墙的损伤位置;根据损伤程度和指标FDMC的相互关系进一步确定单元的损伤程度,且具有较高的识别精度.通过与已有的高斯曲率模态差指标进行比较,验证了该指标的有效性和优越性.     

基于柔度矩阵曲率差法识别结构损伤

提出利用柔度矩阵曲率差法研究结构的损伤识别,利用结构损伤前后的柔度矩阵分别求得各列的平均值,然后进行差分,并以其作为损伤识别的指标;以有限元分析含损伤结构的模态参数为基础,分别建立简支梁含有一处损伤、多处损伤、连续梁各跨和支座处含有一处损伤的ANSYS有限元模型,分析该方法识别结构损伤的效果。数值分析表明该方法仅需低阶模态参数即可准确简便地识别结构单处或多处损伤的位置;通过与已有的MF、MFC、RFD等损伤指标的数值模拟分析对比,显示了该指标的优越性。     

平均曲率模态法识别桥梁损伤可行性试验研究

设计了一个两跨连续梁实体桥梁模型。通过设定的2种不同损伤工况,采取车辆激励、锤击激励和环境激励3种激励方式模拟工程环境及传感器稀疏布置和加密布置两种形式,共进行了18种方案试验。分别采集加速度时程响应,进行了这些试验方案的模态分析;用平均曲率模态法对模型进行损伤识别,研究这种方法识别桥梁损伤的实用可靠性。试验分析结果表明:在试验工程环境下,平均曲率模态方法是识别桥梁损伤的一种可行方法,传感器的布置方式决定着损伤识别的有效性。     

基于小波分析的PC连续刚构桥损伤识别研究

为了深入对PC连续刚构桥的损伤识别进行研究,以小波变换为工具,结构曲率模态为信号,利用结构损伤前后的曲率模态小波系数差作为损伤识别指标,对一四跨PC连续刚构桥进行了损伤识别,研究并探讨了损伤识别指标在连续刚构桥单损伤、多损伤工况下的适用性。在单损伤工况下,损伤识别指标具有良好的敏感性和适用性,能够准确的定位损伤,并能根据损伤程度和损伤指标信息建立回归方程,对损伤程度进行估计;在多损伤工况下,随着损伤程度的增加,由于各部位特性受损伤的影响程度不同,采用整体识别时出现的伪信息,对结构损伤识别造成影响,因此提出对PC连续刚构桥进行基于损伤识别指标的分段识别方法,能有效的避免损伤识别中的误判和漏判现象。     

钢管混凝土拱桥拱肋模型修正方法研究

由于荷载或环境因素,在役钢管混凝土(CFST)拱桥的实际状态与新建时的状态存在差异,针对钢管混凝土拱桥主要受力部分钢管混凝土拱肋,提出基于共轭梯度法并结合空间曲率模态差对其计算模型进行修正的方法。通过对一个单圆管钢管混凝土拱肋的模型修正,验证该方法的有效性。结果表明:基于曲率模态和固有频率的目标函数比基于曲率模态的目标函数修正效率高了1倍;目标函数取前2阶曲率模态的修正精度明显高于取1阶曲率模态的修正精度,损伤区域越多越明显;损伤区域越多,修正精度越低,需要的模态阶数越高;该方法不仅可以对模型进行修正,还可用于损伤识别和诊断。