板壳结构损伤诊断的理论和方法研究

论文摘要

结构损伤诊断是近年来发展的一个适应工程实际需要而形成的多学科交叉的研究领域。结构的损伤破坏会造成重大的人员伤亡和经济损失，从而要求人们及时发现损伤并提出维修方案。板壳结构是一类常用的工程结构，因此研究板壳结构的损伤诊断理论和方法具有重要意义。 本文的研究内容包括： (1) 板类结构的局部损伤对动力特性影响的研究。从板结构的连续振动方程出发，引入脉冲函数表征结构的材料特性参数，推导了结构的局部损伤对结构的固有频率以及振型的影响，并得到含局部损伤结构的低阶振型的修正函数。分析结论为板类结构的局部损伤对结构振型的影响较固有频率大，适合选择与振型相关的特征参量为损伤诊断标识量。 (2) 板类结构的损伤诊断标识量研究。分析了固有频率以及振型对局部损伤的灵敏性。选取结构的一阶振型变化率作为结构的损伤诊断标识量，验证推导了一阶振型变化率对结构损伤诊断的敏感性以及归一化的无关性，分析了一阶振型变化率相对于其余的损伤诊断标识量的优越性。分析结论为一阶振型变化率适宜作为结构的损伤诊断标识量。 (3) 多位置损伤诊断的线性损伤诊断方法研究。推导并验证了一阶振型变化率的可叠加性，给出了线性损伤诊断方法的概念，并应用一阶振型变化率为损伤诊断标识量，提出将结构的复杂的多位置损伤状态的诊断归结为各单位置损伤状态损伤模式的组合优化问题。还应用线性损伤诊断方法解决损伤诊断过程中的模型误差问题。 (4) 计算智能算法在结构损伤诊断中的应用研究。由一阶振型变化率的良好的损伤定位特性，缩小神经网络的网络规模以及遗传算法的搜索范围，应用神经网络方法的强非线性映射功能以及遗传算法的全局搜索功能，提出了适用于板壳类结构损伤诊断的智能算法。该方法是NN与GA的融合，是损伤诊断的神经网络以及遗传算法的耦合分析方法。 (5) 壳体结构的损伤诊断研究。探讨了壳体结构的振动特性以及损伤诊断的复杂性，提出了以法向位移振型变化率为壳体结构的损伤诊断标识量。并对开口壳体结构和闭合壳体结构进行了损伤动力特性分析以及损伤诊断研究。 (6) 含裂纹板结构的有限元研究。以Reissner型板的裂纹尖端位移展

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 工程结构损伤诊断研究的意义、目的
• 1.2 工程结构损伤诊断的研究内容以及发展概况
• 1.3 结构损伤诊断标识量选择的研究现状
• 1.4 板壳结构损伤诊断的发展现状
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第2章 损伤对板动力特性的影响
• 2.1 薄板结构的损伤问题的描述
• 2.2 薄板结构横向振动的基本方程
• 2.3 结构损伤对结构的固有频率的影响
• 2.4 结构损伤对振型的影响
• 2.5 四边简支板结构损伤的动力特性分析
• 2.6 不同边界约束板损伤的动力分析
• 2.7 小结
• 第3章 结构损伤诊断标识量的选择
• 3.1 损伤诊断标识量的选择依据
• 3.2 结构损伤诊断标识量的灵敏度分析
• 3.3 一阶振型变化率
• 3.4 小结
• 第4章 板结构的线性损伤诊断方法研究
• 4.1 一阶振型变化率的可叠加性
• 4.2 线性损伤诊断方法
• 4.3 含模型误差的结构的损伤诊断
• 4.4 线性损伤诊断方法算例
• 4.5 小结
• 第5章 计算智能算法在损伤诊断中的应用
• 5.1 人工神经网络
• 5.1.1 BP神经网络
• 5.1.2 结构损伤诊断的BP神经网络方法
• 5.2 遗传算法在结构损伤诊断中的应用
• 5.2.1 遗传算法
• 5.2.2 遗传损伤模式识别中的遗传算法的改进
• 5.2.3 应用于结构损伤诊断的遗传算法
• 5.3 遗传算法与神经网络的耦合算法
• 5.4 本章小结
• 第6章 壳体结构的损伤诊断
• 6.1 壳体结构的振动
• 6.2 壳体结构损伤标识量
• 6.3 闭合壳体结构的损伤诊断
• 6.4 开口壳体结构的损伤诊断
• 6.5 小结
• 第7章 含裂纹板壳结构的损伤诊断
• 7.1 含裂纹板结构的有限元方法研究
• 7.1.1 裂纹尖端区域的单元刚度矩阵计算
• 7.1.2 奇异单元与常规单元之间的过渡连接
• 7.1.3 算例—裂纹板的断裂分析
• 7.2 裂纹对板壳结构的动力特性的影响
• 7.3 裂纹损伤诊断
• 7.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1：损伤位置对应的振型及其变化量
• 附录2：各损伤程度对应的振型及其变化量
• 附录3：Reissner型板裂纹位移展开式
• 攻读博士期间发表的论文及科研成果