模态参数识别及损伤诊断

论文摘要

大型工程结构在其服役期间,由于受到腐蚀、疲劳、碰撞、地震以及恶劣的环境载荷作用,损伤不可避免,因此,对结构损伤进行安全评估显得尤为重要,而模态参数识别又是损伤诊断的核心问题之一。本文主要研究以下两部分内容:“模态参数识别”和“损伤诊断”。模态参数识别可分为试验模态分析与运行模态分析,本文系统介绍了试验模态参数识别方法,对其中的峰值(PP)法、正交多项式法、导纳圆法、ITD法、特征系统实现算法(ERA)进行了详细的推导和研究。同时,用LabView语言开发了其中4种方法相应的试验模态参数识别模块,使之具有良好的、仪器化的人机交互界面。最后,采用仿真算例验证这几种方法下模块的正确性与精确度。通过研究和算例表明模态参数对损伤并不敏感,直接用于损伤诊断有一定难度,但利用模态参数可以构造出对损伤敏感的指标。本文损伤诊断研究方法包括:基于振动测试的损伤诊断方法:曲率模态指标、模态柔度指标、模态应变能指标;和小波包能量谱、损伤诊断方法。对这些方法的损伤敏感性、损伤定位能力、噪声敏感性、是否需要复杂有限元模型等方面的性能进行了研究。综合考虑各方面因素表明:小波包能量谱指标更适用于环境激励下大型结构的损伤判定;在环境激励下,将NExT技术结合小波包能量谱指标应用于ASCE Benchmark模型,可获得良好的损伤判定效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图、表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和选题依据
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 损伤诊断在实际结构中的研究应用
• 1.2.2 模态参数识别研究现状
• 1.2.3 基于振动测试的损伤识别研究现状
• 1.2.4 小波变换类损伤识别研究现状
• 1.2.5 其他方法
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 模态参数识别方法及模块开发
• 2.1 频域方法
• 2.1.1 峰值法（PP 法）
• 2.1.2 导纳圆法
• 2.1.3 正交多项式法
• 2.2 时域方法
• 2.2.1 ITD 法（The Ibrahim Time Domain Technique）
• 2.2.2 复指数法
• 2.2.3 特征系统实现算法（ERA 法）
• 2.3 试验模态参数识别方法模块开发
• 2.3.1 LabView 简介
• 2.3.2 模块开发
• 2.4 试验模态参数识别方法算例分析
• 第三章 损伤诊断方法
• 3.1 基于振动测试的损伤诊断方法
• 3.1.1 模态曲率指标
• 3.1.2 模态柔度指标
• 3.1.3 模态应变能指标
• 3.2 基于小波包变换的损伤诊断方法
• 3.2.1 小波包基本理论
• 3.2.2 结构动力系统的多尺度分解
• 3.2.3 结构动力响应的小波包能量谱
• 3.3 算例分析
• 第四章 环境激励下小波包能量谱在损伤诊断中的应用
• 4.1 NExT 法
• 4.2 ASCE Benchmark 模型数值算例
• 4.2.1 ASCE Benchmark 模型介绍
• 4.2.2 ASCE Benchmark 结构有限元模型
• 4.2.3 ASCE Benchmark 模型算例分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的主要工作和结论
• 5.2 后续工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文