基于归一化频率变化比和柔度指标的结构损伤识别方法

论文摘要

结构损伤识别是近年来工程研究领域的热点,它主要是对目标结构进行动力特性检测,并对获得的数据做相应分析,从而确定该结构的损伤情况。损伤识别要解决的三个关键问题是:（1）结构中是否存在损伤;（2）确定结构中损伤的位置;（3）确定损伤的程度或形式。本文将理论与试验相结合,对多种损伤识别指标进行了研究,主要研究内容及创新如下:1.结构动力特性测试所得的信号存在噪声和外界干扰,本文利用小波变换对时域信号进行消噪及滤波处理信号。结合剪力墙试验,表明经小波变换处理后,信号的信噪比更高,能够更准确地捕捉到结构的动力特性,从而使结构的损伤识别能够更加有效地进行。2.对基于频率变化的损伤识别理论的进行了深入地探究与分析,针对其在损伤识别中存在的不足,对频率变化的损伤识别理论进行了改进,提出了归一化频率变化比损伤识别方法。通过1.5m箱型截面悬臂梁ANSYS数值模拟及现场试验,对归一化频率变化比损伤识别理论的有效性及准确性进行了研究,证明归一化频率变化比是一种对结构损伤非常敏感,并能够有效和准确地识别结构损伤的损伤识别方法。3.柔度矩阵是框架结构损伤识别中常用的基本量,并且基于柔度矩阵的损伤指标较多,本文分别对三种损伤指标:柔度差δ、柔度曲率κ、柔度差曲率δFCD的理论进行较为详细地阐述和分析。对各种损伤指标对损伤位置识别的准确性和实用性进行了研究,通过框架结构数值模拟和试验结果对比,分析了三种损伤指标对损伤的敏感程度及准确性,结果表明柔度曲率是框架结构损伤识别中最准确和实用性最强的损伤指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的工程背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展动态
• 1.2.1 基于固有频率的结构损伤方法
• 1.2.2 基于振型的结构损伤识别方法
• 1.2.3 曲率模态法
• 1.2.4 基于结构应变能的损伤识别方法
• 1.2.5 基于柔度矩阵的损伤识别方法
• 1.2.6 基于柔度曲率的损伤识别方法
• 1.2.7 时间序列信号分析法
• 1.2.8 基于小波变换的损伤识别方法
• 1.2.9 残余向量法
• 1.2.10 模型修正法
• 1.2.11 神经网络及遗传算法
• 1.3 本文研究的课题来源及主要研究内容
• 第2章 小波变换在振动信号处理中的应用
• 2.1 小波变换简介
• 2.1.1 小波变换的基本原理
• 2.1.2 小波变换信号处理方法
• 2.2 小波变换获得结构动力特性的试验研究
• 2.2.1 试验结构简介及实验仪器布置图
• 2.2.2 动态信号分析原理
• 2.3 装配式钢筋混凝土剪力墙结构现场实测
• 2.3.1 实验方案及实测
• 2.3.2 实验数据分析处理
• 2.4 本章结论
• 第3章 结构归一化频率变化比损伤识别
• 3.1 频率变化比的模态识别理论
• 3.2 数值仿真算例
• 3.2.1 算例模型介绍
• 3.2.2 结构的归一化频率变化比损伤识别
• 3.2.3 归一化频率变化比标准识别向量
• 3.3 悬臂梁试验验证
• 3.3.1 试验模型及试验设备
• 3.3.2 脉冲锤击法模态识别
• 3.3.3 悬臂梁各工况损伤模拟
• 3.3.4 试验方法及过程简述
• 3.3.5 试验结果
• 3.3.6 悬臂梁损伤识别结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 结构柔度相关损伤识别方法探究
• 4.1 引言
• 4.2 结构的柔度矩阵损伤识别方法
• 4.3 基于柔度曲率的损伤识别方法
• 4.4 柔度差曲率矩阵
• 4.5 数值仿真算例
• 4.5.1 算例模型介绍
• 4.5.2 数值模拟
• 4.5.3 损伤识别结果
• 4.6 试验验证
• 4.6.1 试验模型及仪器设备
• 4.6.2 悬臂梁各工况损伤模拟
• 4.6.3 试验方法及过程简述
• 4.6.4 试验结果
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢