平面桁架损伤识别理论及数值分析

论文摘要

工程力学反问题是80年代以来工程及力学的研究重点和热点之一。近几十年来,人们针对工程结构中发生的不同问题如钢材腐蚀、疲劳裂纹、预应力松弛等提出了各种各样的损伤识别方法。如基于振动分析的损伤识别法、X射线法及各种人工智能方法等。由于损伤情况的复杂性,各种方法均各有利弊。 用于损伤识别所依赖的试验数据,在力学上可分为两大类:静态数据和动态数据。在静态数据中,又以测点位移测量数据较易获得且较为准确。在动态数据中又以结构固有频率测量数据较易获得且较为准确,特别是低阶固有频率。 由于静力测试具有操作简便,经济的优点,因而从经济的角度来看具有很大的活力。但静力测试却有所需时间较长、数据不一定能反映整体性能的缺点。而动力测试相对于静力测试具有获取数据方便,动力数据能反映结构的整体性能等优点,近年来许多学者对利用振动参数进行结构破损评估进行了研究,并提出了相关算法。但动力测试也存在着有些数据(如振型)测量精度不足的缺点。 因此本文利用用较易测量准确的数据(如静位移和固有频率)来讨论平面桁架的损伤识别问题。讨论了如何通过较少的静态数据来达到只须很少次的局部探伤仪器,就能较好地识别损伤的目的。同时还讨论了基于固有频率变化识别损伤的方法。在比较各种损伤识别的数学模型和其他方法之后,提出了一种计算较为简单,又具有一定精度的损伤识别数学模型。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 选题的目的
• 1.3 国内外研究状况
• 1.3.1 常用方法
• 1.3.2 分类
• 1.3.3 基于频率变化的损伤识别法
• 1.3.4 基于模态形状变化的损伤识别法
• 1.3.5 基于静态数据的损伤识别法
• 1.3.6 基于神经网络的损伤识别法
• 1.3.7 基于遗传算法的损伤识别法
• 1.4 存在的问题
• 第2章 数值分析的基本方法
• 2.1 有限元分析方法的基本思路
• 2.2 动态有限元方程组
• 2.2.1 自由振动
• 2.2.2 广义特征值问题
• 2.2.3 标准特征值问题
• 2.2.4 特征值和特征向量
• 2.3 静力有限元方程组
• 2.4 材料特性反问题的一般方法
• 2.4.1 材料特性反问题的对象
• 2.4.2 结构参数的推定
• 第3章 基于静态数据分析的原理和方法
• 3.1 基于静态数据的结构损伤识别算法
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 平面桁架损伤的有限元描述
• 3.1.3 对应于单个损伤数值分析的基本原理
• 3.1.4 对应于多个损伤数值分析的基本原理
• 3.2 单个损伤算例及分析
• 3.3 多个损伤算例及分析
• 3.3.1 对应于杆单元数大于自由度的算例
• 3.3.2 对应于杆单元数等于自由度数的算例
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于动态数据分析的原理和方法
• 4.1 基于动态数据的结构损伤识别算法
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 平面桁架损伤的有限元描述
• 4.1.3 利用固有频率识别损伤的基本原理
• 4.2 损伤识别算例及分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录