基于灵敏度的结构损伤识别方法

提出了一种基于灵敏度的结构损伤识别方法,该方法仅利用结构损伤前后的前三阶模态参数来确定结构的损伤定位因子和损伤程度评估因子,实现对结构损伤的识别。本文用三维五层框架结构有限元模型数值模拟了四种典型的损伤工况,损伤识别结果表明,应用本文所提的损伤定位因子可准确的对损伤构件实现损伤定位,相应得出的损伤程度评估结果也与模拟的损伤工况较吻合。该方法不需要归一化的振型,仅利用结构基准模型和损伤实测的低阶模态即可,简便易行,具有一定的应用价值。     

基于曲率模态和小波变换的码头排架损伤识别方法*

为准确识别高桩码头的结构损伤,采用曲率模态、曲率模态差和小波变换法进行结构损伤识别,通过对码头排架不同损伤工况下的实例分析,验证了这3种方法在码头结构损伤识别中的可行性和适用性。研究结果表明,当结构无损模态未知时,采用曲率模态小波变换法能够较好地定位结构损伤;当结构无损模态已知时,运用曲率模态差法能准确定位结构损伤。进一步分析表明,曲率模态小波变换系数峰值和曲率模态差突变量还能用于初步判定码头结构多点损伤的损伤程度。     

高桩码头桩基动力损伤识别方法

结构的损伤对其动力特性会产生一定的影响,利用结构损伤前后的模态参数的变化来进行结构的损伤识别是行之有效的方法。然而结构在完整状态下的模态参数很难得到,损伤程度更是难以确定。针对上述问题,提出一种基于损伤状态下的拟合曲率模态的损伤识别方法:首先通过损伤后的位移模态拟合出无损伤位移模态,然后根据拟合出的位移模态得到拟合曲率模态,基于损伤后的真实曲率模态相对于拟合曲率模态的突变来判别损伤位置;引入曲率相对改变量、损伤位置参数和模态阶数作为损伤样本的特征向量,通过支持向量机判断结构损伤程度。实例分析表明该方法能够对高桩码头排架结构的损伤进行识别。     

基于小波变换的海洋平台结构损伤检测

基于结构动力特性的海洋工程结构损伤检测是一个非常有工程应用价值的研究课题。特别是对于海洋平台水线以下的结构损伤,一般通过结构的频率、振型和频响函数等的变化用来发现损伤。但是对于早期的损伤(通常损伤量很小),上述结构动力特性参数的变化可能很小从而不足以反映结构的这种早期微小损伤。文章提出采用小波变换的方法来进行小损伤的检测,将结构的频响函数(FRF)和加速度响应进行小波变换,很好地预报了损伤的存在。文中还以某海洋平台为例,进行了模型试验,从而验证了提出方法的可行性。     

水下非接触爆炸作用下舰船结构损伤评估

由于水下爆炸和舰船结构动态响应的复杂性,水下非接触爆炸作用下舰船结构损伤研究主要来自于对试验现象或试验数据的分析。传统对水下爆炸作用下舰船结构损伤研究的理论分析和计算过程主要考虑水下爆炸冲击波和2次压力波。本文提出了气泡脉动对舰船结构的冲击,明确了气泡脉动对舰船结构损伤的关系;在综合研究水下非接触爆炸作用下舰船结构损伤模型基础上,建立了舰船结构的损伤等级,确定了等级评估标准;举例与模拟试验情况下舰船结构损伤情况进行对比,结果基本吻合。     

简支梁损伤定位的直接指标法应用

结构损伤诊断主要内容是对各种工程结构进行检测并对检测结果做适当的分析,从而确定结构的健康状况。损伤诊断要解决的关键问题之一是判断结构损伤的位置。结构损伤会对结构的物理特性如刚度,质量,阻尼等产生影响,从而使结构的模态参数如固有频率、振型等发生改变。研究结果表明应变相比固有频率和振型对局部损伤更加敏感。基于应变模态差分原理的损伤定位直接指标法ISMSD(Strain Mode Shape Difference)具有无需原始模态数据的优点。本文通过有限元方法计算得到非贯穿裂纹梁的位移模态,进而计算得到应变模态。再对经过三次样条插值的光滑应变模态差分曲线进行直接损伤指标值计算。对假定两处损伤的简支梁在几种不同损伤程度状况下进行数值仿真计算,直接根据直接指标值的大小正确地判定了损伤位置,尤其是损伤量较小时。     

含裂纹及腐蚀损伤FPSO结构剩余极限强度评估方法研究

裂纹及腐蚀损伤对于浮式生产储油卸油装置（FPSO）结构来说难以避免,这将削弱结构的极限强度,所以研究含裂纹及腐蚀损伤FPSO结构的剩余极限强度意义重大。目前针对裂纹及腐蚀损伤联合作用下FPSO结构剩余极限强度的研究相对欠缺,本文采用非线性有限元分析方法,研究了不同腐蚀及裂纹损伤组合形式下FPSO结构剩余极限强度的衰减规律。结果表明,腐蚀与裂纹损伤均导致极限强度线性衰减,并且腐蚀损伤对极限强度的影响远大于裂纹损伤。研究结果对FPSO结构的设计、维护与延寿具有一定的参考价值。     

梁板式高桩码头极限承载力概率分布

极限承载力概率分布是结构可靠度计算要解决的主要问题之一。针对在役高桩码头结构安全评估问题,选择结构材料性能参数与几何尺寸参数为随机变量,基于非线性有限元数值模型,采用蒙特卡罗法建立典型梁板式高桩码头极限承载力概率分布模型及统计参数。研究了水平荷载作用下无损结构的极限承载力概率分布及损伤位置、损伤程度和损伤数量对高桩码头极限承载力概率分布及统计参数的影响。结果表明:水平荷载作用下无损结构的极限承载力概率分布为正态分布,损伤位置、损伤程度和损伤数量不影响结构极限承载力的概率分布。在水平荷载作用下计算损伤结构的可靠指标时,可以采用无损结构极限承载力概率分布及统计参数进行计算。     

含损伤结构静力和动力特性的有限元分析

由于海洋特殊环境的影响,船舶与海洋结构物容易受到腐蚀和疲劳等影响,造成结构的局部刚度弱化损伤,本文探讨了船舶常用加筋板结构在不同刚度弱化情况下结构的静力和动力特性变化,并推导了加筋板结构在正交各向异性损伤情况下的有限元列式.对于正交各向异性损伤,采用Kachanov理论,引人了x和y两个方向的损伤系数,并将损伤而形成的各向异性材料的各力学参数通过损伤系数与各向同性材料各参数相关联.本文将损伤参数分为损伤位置、损伤程度和损伤面积三个方面,并分别分析了它们对结构应力、结构固有频率和模态形状的影响.结果表明损伤位置对结构模态和结构应力的分布影响显著,在损伤区域和损伤程度均较小的情况下,距离损伤区域较远部位的应力分布和振型状态均无明显变化.本文建立的方法可以应用到船舶与海洋结构受损强度分析中.     

结构损伤识别的数值模拟

为了找到一个对小损伤较敏感的参数,在结构自由振动微分方程基础上,结合损伤结构的测试数据(用有限元模型的计算结果来模拟),得到残余向量,利用广义逆和矩阵投影定理,导出了一个具有很好识别效果的参数:残余向量投影范数.从中很容易确定出损伤单元,进而计算出这个损伤单元的损伤因子即损伤程度.通过算例分析,发现该参数对结构中损伤非常敏感,能识别出结构中的微小损伤,而且不受损伤位置的约束,仅需要结构的前几阶模态就能达到很好的效果.     

基于小波变换的码头结构损伤预警试验研究

为提高码头结构损伤识别方法的准确性和适用性,将小波分析引入到结构损伤识别中.首先介绍了小波变换的基本原理,然后通过高桩码头常见的钢筋混凝土简支梁损伤试验,验证基于小波变换的码头结构损伤预警方法在实际结构上应用的准确性和适用性.对试验梁进行完好工况和损伤工况的动力响应测试,对得到的曲率模态响应进行小波包变换,判定试验梁的损伤位置和损伤程度,从而实现对码头结构的损伤预警.     

老龄化船舶与海洋结构物机械性损伤研究进展(英文)

船舶与海洋结构物在服役期内会承受如结构腐蚀,疲劳裂纹以及机械性损伤等与役龄相关的结构退化与损伤,并会诱发一系列安全性、健康性以及经济风险性的问题.实际上,已有报道表明这些与役龄有关的结构退化与损伤经常会引起船舶与海洋结构物的灾难性事故.因此,为了发展更有效可行的方法来加强技术管理以控制这些结构退化和损伤,降低结构老龄化所带来的损失,开发先进的技术以及开展相应的科研工作极为重要.结构的机械性损伤与结构腐蚀和疲劳损伤相比所受关注的程度要小得多,但结构机械性损伤在一些情况下也是诱发结构失效的主导因素.文章针对老龄化船舶与和海洋结构物的机械性损伤同题,总结了包括结构磨损、撕裂,凹陷,接触性损伤和事故性损伤的当前研究现状和研究进展,给出了有关机械性损伤的预报、减轻和防止的方法,并对未来的研究与发展方向给出了建议.     

损伤引起加筋板结构屈曲性态变异研究

将损伤力学的相关原理引入到船舶常用加筋板结构的稳定性分析中,建立含损伤结构稳定的有限元分析模型。通过引入损伤位置、损伤程度和损伤面积三个独立的损伤参数来描述结构的受损状况,并分别分析它们的变化对结构临界屈曲载荷和屈曲模态产生的影响。对加筋板结构在各种载荷条件下的屈曲行为作了探讨,并通过对典型算例的数值模拟研究了不同损伤状况和不同屈曲模式下结构稳定特征的变异。     

极地小型邮轮加筋板结构冗余度试验研究

以极地小型邮轮加筋板结构为研究对象,设计并制作典型加筋板缩比模型,开展完整结构和损伤结构的轴向压缩极限强度试验研究,揭示完整结构和损伤结构下,主甲板板架结构的极限承载能力和屈曲失效模式,并基于全船结构强度有限元方法,计算主甲板板架完整结构和损伤结构的应力,进行了主甲板板架结构冗余度评估。研究发现：轴向压缩载荷作用下,单独一根加强筋出现局部损伤会小幅度降低加筋板结构的极限承载能力;加筋板完整结构和损伤结构屈曲破坏模式均为加强筋率先破坏引起整个板架结构屈曲破坏;单独一根加强筋的损伤不会引起极地小型邮轮加筋板结构的连续性垮塌,具有良好的结构冗余。研究结果对极地小型邮轮结构设计和冗余度研究具有一定参考价值。     

梁结构损伤诊断直接指标法应用

结构损伤识别主要是对各种工程结构进行检测并对检测结果做适当的分析,从而确定结构的健康状况。有研究表明应变模态比固有频率和振型对局部损伤更敏感,可以很好地进行结构损伤识别。结合有限元方法和直接指标法ISMSD(Strain Mode Shape Difference),无需原始模态数据,只根据损伤后的经三次样条插值的光滑应变模态差分曲线即可进行相关计算。文章应用该方法对假定损伤简支梁在多种不同损伤程度情况进行数值仿真计算,并给出损伤位置直接指标曲线。结果表明,该指标法能正确地判定损伤位置,尤其是损伤量较小时。     

基于残余力向量法的基桩损伤诊断

根据振动微分方程详细推导了残余力向量的表达式,定义残余力向量的绝对值为结构的损伤指标。通过建立髙桩码头基桩有限元模型,运用残余力向量法对基桩进行损伤诊断数值模拟。数值模拟结果表明:残余力向量作为诊断指标,对结构的损伤较为敏感;只需结构的低阶模态,就可以准确快速地识别出结构的损伤。     

重力式结构抗震措施的比较研究

高烈度地震区的大体积混凝土结构在强震作用下发生损伤破坏不可避免,针对当前结构薄弱部位普遍采用的抗震措施,基于混凝土塑性损伤模型分别研究了结构表面配筋和采用超高韧性混凝土(UHTCC)的地震动损伤破坏特征,对比了两种抗震措施下的结构顶部位移、表面损伤特征,分析了不同配筋面积和UHTCC加固面积的效果。结果表明,纤维掺量与配筋率相同的情况下,配筋和UHTCC对于结构损伤的降低程度接近,都能提高结构的抗震性能,相比而言,UHTCC对裂缝开度的限制更好。     

嘉兴港航发展调研报告

根据工程结构损伤识别的特点,利用测试模态参数,确定了结构柔度矩阵并通过损伤前后柔度矩阵变化特点确定结构损伤位置,通过一个28自由度的桥梁结构的计算算例表明,该识别方法效果好,在工程应用中具有一定的实用价值。     

用受控结构的动力特性诊断结构的损伤

基于振动的结构损伤检测方法，是由结构动力特性“指纹”的变化来诊断损伤是否发生以及损伤发生的位置和损伤程度。因此，结构的动力特性“指纹”对于损伤的敏感度，将对结构损伤检测的成功起着决定性作用。本文采用多损伤定位确信准则(MDLAC)作为动力特性“指纹”，用状态反馈控制的方法有目的地对结构进行极点配置，以提高MDLAC对损伤的敏感度。数值仿真计算结果表明，本文提出的方法是有效的。     

多元结构损伤识别的曲率模态分析及数值仿真

应用改进的曲率模态分析方法对具有多处结构损伤的简支梁结构进行了损伤识别,通过数值计算得到了简支梁的曲率模态,由此结果可以确定出损伤单元及位置.由于曲率模态法对结构损伤的识别不敏感,所以文中提出了曲率模态差这一新的概念,思想是通过对曲率模态差的突变研究来判定损伤结构中损伤单元的位置.通过算例分析,其识别效果明显优于曲率模态法.