应变模态分析及参数识别

论文摘要

应变(曲率)模态参数对结构损伤较比传统的位移模态参数更敏感,根据应变模态的变化进行损伤定位将更为准确。基于应变模态的结构损伤识别和健康监测的关键,是如何基于应变响应信号直接获得反映结构振动特性的应变模态参数。论文对实验应变模态分析和参数识别进行较深入的理论和实验研究,设计了一种新型应变倍增器,分别采用频域识别方法和时域识别方法进行结构的应变模态参数识别。结果可应用于结构损伤识别、有限元模型修正和健康监测,具有较大的理论意义和工程实用价值。论文的主要工作包括：1.根据应变模态分析的基本理论,给出了应变响应的模态模型(应变频率响应函数),讨论了应变模态振型之间的正交性,并介绍了频域应变模态参数识别方法。2.设计了一个新型应变倍增器,采用有限元方法对其进行数值模拟和参数分析,确定了新型应变倍增器各部分结构细节尺寸。结合对5根试件10个应变倍增器的标定试验,得到了新型应变倍增器的实际放大倍数。3.采用设计的新型应变倍增器,进行了应变模态试验,实测了应变频率响应函数矩阵,识别出了试验简支梁位移模态参数和应变模态参数,并与理论解进行对比,验证了频域应变模态参数识别方法的正确性。4.根据应变与位移之间的关系,建立了应变格式的系统随机状态空间模型,在此基础上提出了应变模态参数识别的数据驱动随机子空间方法。通过试验算例,识别得到试验简支梁的前两阶应变模态参数,并与理论解、频域识别结果进行对比,验证了时域应变模态参数识别方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 应变模态分析的研究现状
• 1.3 模态参数识别的主要方法
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 应变模态分析的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 应变模态响应的有限元模型
• 2.3 应变模态振型之间的正交性
• 2.4 实验应变模态分析
• 2.4.1 应变频响函数矩阵及其特点
• 2.4.2 模态试验方法和参数识别
• 2.5 本章小结
• 第三章 应变倍增器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 国内外应变倍增器的研究现状
• 3.3 应变倍增器结构设计
• 3.3.1 应变倍增器原理分析
• 3.3.2 应变倍增器结构设计
• 3.4 新型应变倍增器的数值分析
• 3.5 新型应变倍增器的加工
• 3.6 新型应变倍增器的标定
• 3.7 本章小结
• 第四章 应变模态试验及分析
• 4.1 应变模态试验
• 4.1.1 试验设备简介
• 4.1.2 试验流程
• 4.2 简支梁自振频率和振型解析解
• 4.3 应变模态参数识别
• 4.4 本章小结
• 第五章 应变模态识别的随机子空间方法
• 5.1 环境激励模态参数识别方法简介
• 5.1.1 峰值拾取法
• 5.1.2 频域分解法
• 5.1.3 时频域方法
• 5.1.4 时间序列分析法
• 5.1.5 随机减量法
• 5.1.6 NExT法
• 5.1.7 随机子空间识别法
• 5.2 应变模态识别的随机子空间方法
• 5.2.1 系统用应变表示的状态空间模型的建立
• 5.2.2 基于参考点的数据驱动随机子空间方法
• 5.3 试验算例分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要工作及结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果