基于类柔度差曲率和频率摄动的结构损伤识别

为提高梁式结构损伤诊断的效率,提出一种基于类柔度差曲率和频率摄动的结构损伤识别方法。首先根据结构振动理论,研究广义柔度矩阵计算公式;再利用模态柔度对结构损伤灵敏性高的优点,改进基于柔度差曲率的损伤定位指标,定义类柔度差曲率LCFC损伤指标,并初步识别损伤;最后基于矩阵摄动进行结构损伤识别结果确认。考虑多种损伤工况,对一简支梁结构进行损伤识别数值模拟验证。结果表明:仅使用一阶模态,建立的类柔度差曲率LCFC指标对梁式结构损伤定位具有良好的诊断效果,且计算工作量小;对于含边界损伤单元的多损伤工况,当损伤程度大于10%时,LCFC指标识别有效;当损伤程度不大于25%时,各工况二阶摄动识别结果精度较高,相对误差较一阶摄动结果明显降低,证明了该方法的实用性、有效性和精确性。     

基于多项式拟合均匀荷载面曲率曲线的结构损伤识别方法

为仅利用结构损伤状态的柔度矩阵对结构进行损伤程度识别,先对损伤状态的均匀荷载面曲率曲线进行最小二乘法拟合。根据曲率曲线差判断结构的损伤位置,对损伤位置的点进行剔除后,再利用未损伤位置上的点进行局部最小二乘法拟合,代替损伤前的均匀荷载面曲率曲线,用于结构的损伤定位与定量。通过一简支梁数值算例,先以理论的二次多项式进行拟合,考虑单损伤和多损伤的情况,进行损伤识别分析,再分析多项式次数、测点数目以及不同噪声水平对损伤定量精度的影响。结果表明:在一定范围内,次数越高拟合误差越小,但差别不明显,采用理论的二次多项式拟合即可满足结构损伤识别要求,无噪声的情况下,测点数目减半不影响损伤识别的精度,该方法具有一定的抗噪声能力。     

基于振型曲率演化法的RC框架结构地震损伤识别

为快速识别地震导致的框架结构损伤,采用一种新的损伤识别方法,即振型曲率演化法。该方法采用S变换对结构顶部的加速度进行分析,进而得出地震前与地震期间的两个重要时刻,然后通过计算这两个时刻的振型曲率差识别结构薄弱层位置。为验证该方法的合理性和有效性,以6层3跨RC框架结构为例,在不同地震波和不同调幅工况下,分别对比振型曲率演化法与单参数层间位移角、双参数损伤指数两种损伤指标识别的结构薄弱层位置。在此基础上进一步研究了振型曲率差与两种损伤指标之间的相关性,并建立了线性关联模型来识别薄弱层损伤程度。结果表明：振型曲率演化法与两种损伤指标在不同地震工况作用下识别的薄弱层有很好的一致性,说明该方法能够准确识别结构薄弱层位置。振型曲率差与两种损伤指标之间的拟合公式的相关系数均在0.8以上,相关性都很高,通过分析这种相关性,可以利用振型曲率差获得结构薄弱层的损伤程度。     

基于柔度矩阵法的钢栈桥损伤识别

根据以往模态柔度损伤指标的研究成果,建立了模态柔度差曲率和模态柔度曲率差这2种结构损伤识别指标。通过对一个百米钢栈桥最容易发生损伤的下弦梁进行各种损伤工况下的数值模拟研究,比较分析了这2种结构损伤指标的损伤识别效果。并且在钢栈桥2根下弦梁都有损伤的情况下,对两者之间损伤识别效果的相互影响进行了研究。研究结果表明,本文提出的2种损伤识别指标,对空间复杂钢栈桥的易损下弦梁都有很好的损伤识别效果,2根下弦梁的损伤识别具有较好的独立性。     

基于损伤部位向量法的钢框架损伤识别研究

对损伤部位向量(DLV)法作了简单介绍,并用该方法对钢框架进行了损伤识别和损伤定位。该方法假定结构损伤前后为线性,对结构损伤前后柔度矩阵差进行奇异值分解,将奇异值为零所对应的向量,作为静荷载施加在无损结构的测点位置,则应力为零的单元为可能损伤的单元。对3种不同工况的钢框架进行了振动模态试验,用前3阶模态参数构造框架的柔度矩阵,按照DLV法对其进行了损伤识别,识别结果与已知损伤情况相一致。从测试自由度不完备、噪声和振型质量归一化系数这3个方面对识别效果进行了分析,结果表明:当损伤使结构动力特性有微小改变时,使用该方法不易定位损伤,应结合局部损伤识别方法进行判定;当损伤使结构动力特性有较大改变时,该方法能有效识别损伤的单元。DLV方法概念简单,理论明确,不受结构类型的限制,不需要结构的数学模型和模型缩聚或扩展技术,只需获得结构损伤前后的前几个低阶模态参数,即可识别结构一处或多处损伤,实际应用时可操作性强。     

基于曲率模态曲线的结构损伤识别方法

采用曲率模态对简支梁的单处和多处损伤进行了识别研究。首先用ANSYS有限元程序建立模型,并计算得到了位移模态振型;针对噪声下具有不同损伤状况的结构,进行了曲率模态分析,通过曲率模态曲线的畸变定位损伤位置,然后利用最小二乘拟合法计算了损伤处的有效面积,并估计了其损伤程度。数值分析表明:曲率模态对结构的损伤较敏感,它无需原始结构的模态参数,仅需低阶模态信息便可准确方便的识别结构的损伤位置,识别过程中在引入随机误差情况下各指标识别效果的比较结果表明,所提方法能有效估计损伤程度,可为今后结构损伤识别提供参考。     

加速遗传算法在预应力连续箱梁桥有限元模型修正中的应用

针对预应力混凝土连续箱梁桥的通扬运河大桥,建立其有限元模型.基于评价模型修正效果的频率指标与振型相关系数指标、柔度矩阵指标和挠度指标,定义三个目标函数,利用环境激励的试验模态参数,通过实数编码加速遗传算法对有限元模型进行了修正.相对于基于频率指标与振型相关系数指标定义的目标函数,基于柔度矩阵指标或挠度指标定义的目标函数修正的有限元模型,能同时较准确地反映其动态和静态特性,也能实现其试验模态振型较精确的质量归一化.     

基于振动台实验的结构损伤识别研究

选择美国加州大学圣地亚哥分校7层钢筋混凝土剪力墙足尺结构振动台实验,开展结构损伤识别研究,实验采用白噪声、环境振动和不同强度的地震动交替激发,记录地震动激发实验前后的结构反应。基于该记录计算和对比自振频率和振型曲率的变化、剪切波走时及其变化和结构层间位移角,分析发现一层和二层振型曲率较大,走时较长,走时变化也较大,现场检查发现一层和二层的破坏也较为严重,这些参数可用于识别结构损伤程度和定位损伤位置,而自振频率和层间位移角变化仅可反映出结构损伤程度,难以揭示结构损伤位置。     

基于结构损伤前后柔度矩阵改变的损伤部位向量法

阐述了损伤部位向量法的基本原理,该法是假定结构损伤前后为线性,利用结构损伤前后的柔度矩阵差进行奇异值分解,从中获取反映结构损伤的指标——损伤部位向量,将其作为静力荷载施加在无损结构的测点位置,应力为0的单元为可能损伤的单元。以具有二个自由度的层间剪切结构模型为例验证了该方法的有效性。经推导论证,阐明了该方法实际应用的几个条件。     

基于摄动有限元方法对梁结构损伤的识别

结构损伤的定量识别是工程技术中急待解决的问题。利用矩阵摄动和结构有限元动力学理论推出梁结构损伤程度定量识别的公式和方法,该方法仅需要在役结构的固有频率测量值就可识别结构的损伤位置和损伤程度,而且可以识别结构的老化程度,避免了由模态振型识别损伤,因测量自由度不足带来的误差,通过对一钢悬臂梁损伤识别的数值仿真,证明了该方法的有效性。该方法具有较大的工程应用价值。     

STFT变换在高层框架结构地震损伤程度识别中的应用

为了研究地震作用下高层框架结构的损伤程度信息,以结构刚度折减率为损伤程度指标,以结构的频率变化率为损伤程度识别参数,采用Matlab模拟结构在不同的损伤程度指标下的加速度响应数据,利用短时傅里叶变换方法对响应数据分析得到结构的模态参数,从而建立损伤程度指标与结构模态参数的函数关系。将损伤结构的模态参数代入函数关系式计算结构的损伤程度指标。采用同济大学振动台试验数据,利用此方法识别结构的损伤程度与振动台试验观察到的损伤程度高度吻合。     

改进曲率模态识别桥梁损伤位置方法研究

结构健康监测和结构状态评估的主要前提之一是结构损伤识别。基于曲率模态对结构局部损伤比较敏感和频率指标测试简单方便、精度高的特点,本文提出了一种以结构的曲率模态为基础,综合考虑频率的变化的改进的结构损伤识别方法。随机子空间方法是一种行之有效的基于环境激励的结构状态识别方法。该方法的主要优点是无需人工激励,不中断桥梁的运营。为此,论文提出了一种不中断桥梁运营的基于改进曲率模态的桥梁结构损伤识别方法。最后用一三跨连续梁的有限元模型对该改进方法进行了验证。结果表明,采用随机子空间结合改进的曲率模态方法可以在不中断桥梁运营的前提下有效地识别出桥梁的损伤状况。     

曲率模态小波法用于网壳结构损伤的识别和定位

工程结构损伤的识别与定位研究以往主要针对梁、框架等结构形式,根据大跨度空间结构杆件和节点繁多等特点,提出用曲率模态和小波混合方法对空间结构的损伤进行识别和定位.以跨度100 m的Schwedler网壳结构损伤前、后的曲率模态作为标识量,分别通过离散和连续小波变换,判断网壳结构有无损伤和损伤位置,统计了小波系数差与结构损伤的图形关系,计算了各种损伤工况下该方法判断损伤的准确程度.结果发现基于曲率模态和小波方法的大跨度网壳结构损伤定位精度很高,充分证明该方法对此类结构损伤定位具有有效性和实用性.     

基于振动功率流的周期连续梁损伤识别

为了识别无限长周期梁中的损伤,文中提出了一种基于振动功率流的裂纹识别方法.以无限长周期连续Euler梁为研究对象,假设损伤为裂纹形式,采用柔度弹簧对裂纹进行描述,结合周期结构理论和传递矩阵方法,分别推导了健康与损伤连续梁的传播功率流和输入功率流,得到了不同激励位置下的健康周期连续梁的输入功率流曲线及在跨中激励时不同损伤...     

基于曲率模态和小波变换的结构损伤位置识别

小波变换具有在时域和频域内表征信号局部特性的能力,能够在不同尺度下对结构响应中的突变信号进行放大和识别.在结构曲率模态基础上,本文提出了一种基于小波变换的结构损伤检测和定位方法.利用双正交小波函数对损伤前后结构的曲率模态进行小波变换,用损伤前后小波变换系数残差建立了结构损伤指标,通过小波变换系数残差的分布统计情况判定损伤的存在并确定其位置.应用简支梁数值模拟结果对该方法进行了验证.     

一种基于时间序列与核岭回归的结构损伤定位方法

结构健康监测的一个重要目的是实现结构损伤识别与定位,文章将结构监测数据的时间序列模型与机器学习中的核岭回归相结合,提出了一种新的结构损伤定位方法.先定义结构损伤识别矩阵,推导出结构损伤系数向量与损伤结构和未损伤结构的自回归系数向量差值的关联关系,结构的损伤识别矩阵可以通过机器学习中的核岭回归算法获得.对比其他回归算法,核岭回归的正则化、核函数特性可以大幅提高模型的拟合性能与泛化性能,更好地应用于结构损伤识别.然后通过一混凝土框架数值模型对该方法进行验证.结果表明该方法对结构的单损伤、多损伤均可进行有效识别,准确率较高.     

一种Timoshenko裂纹梁的静力挠度分析方法

建立了一种Timoshenko裂纹梁的分析模型并且获得了闭合形式的挠度解析解。首先,在一致梁的理论框架下,通过引入δ函数模拟裂纹导致的局部柔度,建立用广义函数表示的Timoshenko裂纹梁的微分控制方程,进而得到挠度的闭合形式的解答;其次,根据线弹性断裂力学理论,利用转角及挠度突变与局部柔度系数的关系,建立Timoshenko裂纹梁的模型参数与裂纹深度的显式表示;最后,通过对裂纹深度与挠度、转角和曲率间关系的分析,总结了结构响应的损伤敏感性及其特征,并且通过与引入裂纹奇异单元的有限元结果进行比较,验证了本文所建分析模型及求解方法的正确性。研究结果表明,本文所建立的Timoshenko裂纹梁的分析模型,具有较高的计算精度和效率,在结构模型修正和损伤识别中具有良好的应用前景。     

三维层状场地中斜面均布荷载动力格林函数

在作者三维层状场地精确动力刚度矩阵基础上，给出了三维层状场地内部斜面均布荷载动力格林函数。本文格林函数包含了场地的所有基本力学特性，可用于三维层状局部场地中波的散射及土-结构相互作用等问题的求解。文中对所得结果进行了精度检验，同时给出了一些数值结果，包括均匀半空间和基岩上单一土层中竖面或斜面荷载作用下的位移和应力格林函数。     

基于应变模态的钢结构构件焊缝损伤定位方法的研究

本文探讨了用应变模态对钢结构焊缝损伤进行识别与定位的方法。应变模态对结构局部损作斩反应敏感，是对结构进行微小损伤诊断的较理想的损伤识别指标。文中以一简支工字型梁为研究对象，分别采用基于应变模态差的三种定位准则和神经网络方法，对其进行了单处和两处焊缝损伤定位的研究。结果表明，基于应变模态差的定位准则对于这两种情况的损伤都具有较高的定位识别率，但不能区别出单处和两处损伤；而采用神经网络方法不仅可以区别出单处和两处损伤，而且训练好的网络对受噪声污染的测试样本也具有较好的识别效果。     

基于运营环境和提升小波变换的桥梁损伤检测研究

根据损伤桥梁在车辆荷载作用下的动力响应特点,以及提升小波变换对信号突变信息的放大功能,提出了利用桥梁运营荷载作用下加速度响应提升小波变换系数的分布特性对结构损伤进行识别的方法。首先,采集桥梁在行车荷载作用下的加速度响应信号;然后,对加速度响应信号进行提升小波变换,分别利用加速度响应信号、加速度响应信号差,提升小波变换系数空间变化的峰值识别损伤位置;最后,对行车速度、损伤位置、损伤程度和测量噪声对损伤识别效果的影响进行了分析讨论。结果表明：在行车速度8m/s以下、测量噪声不高于5%情况下,利用运营荷载作用下桥梁单点动力响应信号提升小波变换,可以实现桥梁多处损伤的检测和识别。