空间钢结构损伤诊断方法研究及噪声敏感性分析

论文摘要

本文综述了结构损伤识别与健康监测的意义、发展历程与研究现状。基于振动测试的全局性损伤诊断方法是当前研究的热点,基于此本文较为全面地介绍了现有的各种损伤识别方法,并对各种方法的优缺点进行了概述。受结构实验测试技术的限制,大型结构周边环境复杂以及测量过程中不确定干扰多等因素,导致结构响应的实测数据会受到噪声影响产生误差。而随着损伤识别技术及有限元应用软件的发展,很多结构损伤识别与健康监测方法已被应用于实际工程结构中。针对工程中实际情况,本文分别以简支梁、三维框架结构、Benchmark框架模型、海洋平台结构为分析对象,选择柔度差值曲率法、模态应变能法、改进后的模态应变能法和CMCM方法(交叉模型交叉模态方法)4种结构损伤识别指标,对其抗噪声性能进行了对比分析。对噪声的敏感性分析,需要综合考虑识别方法和结构自身的特点。分析结果表明,改进后的模态应变能法和CMCM方法对于一维结构和框架结构损伤定位均具有较好的抗噪声性能。这为今后工程化实施提供了筛选、检验、对比的方法。本文总结了国内外对模态应变能损伤诊断方法的研究现状,提出了一种基于轴向模态应变能比的损伤诊断方法。该方法仅需要测试结构损伤前后的前两阶模态信息,不需要结构转动自由度的测试信息。文中首先利用导管架海洋平台结构有限元数值模型对该方法进行了数值验证,随后对该方法进行了抗噪声性能的检验,最后通过导管架平台物理模型实验对该方法进行了实验验证。结果表明本文提出的损伤诊断方法能够有效地对结构的损伤进行定位,并可进行初步的构件损伤程度的评估,具有良好的抗噪声性能,有望在实际工程中得到应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 结构损伤诊断的背景及意义
• 1.2 结构损伤诊断的研究发展
• 1.2.1 结构损伤诊断的主要内容
• 1.2.2 结构损伤诊断技术分类
• 1.2.3 结构损伤诊断的应用趋势
• 1.2.4 有待进一步解决的问题
• 1.3 论文主要内容及创新点
• 2 基于模态参数的损伤诊断理论与方法
• 2.1 基于固有频率变化的损伤诊断方法
• 2.2 基于振型变化的损伤诊断方法
• 2.3 基于振型曲率变化的结构损伤诊断方法
• 2.4 基于残余力向量的损伤诊断方法
• 2.5 基于柔度矩阵的损伤诊断方法
• 2.6 基于模态应变能的损伤诊断方法
• 2.7 本章小节
• 3 对几种损伤识别方法的噪声敏感性分析
• 3.1 基本理论
• 3.1.1 损伤识别方法
• 3.1.2 噪声的施加方式
• 3.2 数值模拟
• 3.2.1 简支梁结构损伤诊断数值模拟
• 3.2.2 三维框架模型结构损伤诊断数值模拟
• 3.2.3 Benchmark 结构损伤诊断数值模拟
• 3.2.4 海洋平台结构损伤诊断数值模拟
• 3.3 本章小结
• 4 基于轴向模态应变能比法的损伤识别方法
• 4.1 理论分析
• 4.1.1 轴向模态应变能比法
• 4.2 数值模拟
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 模拟损伤工况及诊断结果分析
• 4.2.3 轴向模态应变能比法抗噪声能力分析
• 4.3 物模实验
• 4.3.1 海洋平台结构模型的参数与制作
• 4.3.2 实验仪器
• 4.3.3 获取实验模型振动响应信号
• 4.3.4 模态识别方法—— ARMA 方法
• 4.3.5 模型的损伤事件设计工况及损伤诊断结果
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文