几种结构损伤诊断方法对比研究及实验验证

论文摘要

结构损伤诊断是过去几十年来国内外研究的热点,但从成果看,进展缓慢。多数学者注重数字信号处理和传感技术,而忽视了作为有无损伤判据的结构健康基准的研究。当然,除了组成材料不同外,结构形式也多种多样,通过统计分析大量标准样本而建立人类健康基准的方法无法在结构工程中实现。然而,结构损伤这一客观存在必然反映在结构的响应信号中,在恰当地把握结构行为的基础上,有的放矢地采集、分析结构响应信号,仍可以在一定程度上识别结构的损伤。经系统梳理、筛选,本文对几种物理概念清晰、专注于健康基准的损伤诊断方法,通过理论分析、模型试验和数值模拟等手段进行了深化和扩展研究,取得如下主要成果：对DLV(损伤部位向量法)的基本原理和实施方法进行了系统的阐述,推导了损伤向量与损伤部位的对应关系。通过空心直杆和框架模型试验验证了该方法的有效性及鲁棒性。提出了基于驻波原理的图谱特征损伤诊断方法。该法以结构动力响应信号的频域图谱特征作为损伤指标,认为当谱线形状及分布特征与正常图谱相比偏离程度的大小与损伤严重程度相对应。通过实心、空心直杆在有无损伤及损伤程度不一的多次实验,证明了该方法识别损伤的有效性。提出了基于行波原理的应变时域特征信号法。该法以应变时域信号相关性作为损伤判别准则,对识别一维直杆隐蔽损伤效果明显。建立了一维杆状结构损伤瞬态响应识别法。该法通过脉冲激励,获得被测结构端部响应信号,依据波动原理,判别损伤位置。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.2 结构损伤诊断技术的主要研究内容
• 1.3 基于动力指纹的损伤诊断方法
• 1.3.1 基于频率变化的损伤诊断法
• 1.3.2 基于振型变化的损伤诊断方法
• 1.3.3 基于应变能模态的损伤诊断方法
• 1.3.4 基于柔度矩阵变化的损伤诊断方法
• 1.3.5 基于频响函数和传递函数的损伤诊断方法
• 1.3.6 基于能量传递比（ETR）的损伤诊断方法
• 1.3.7 基于乐音准则的损伤诊断方法
• 1.4 基于应力波传播的损伤诊断方法
• 1.4.1 基于应力波传播的损伤诊断方法在管道检测中的应用
• 1.4.2 基于应力波传播的损伤诊断方法在结构中的应用
• 1.4.3 基于应力波传播的损伤诊断方法在桩基中的应用
• 1.5 几种损伤诊断方法的分析总结
• 1.6 本文的主要工作
• 1.6.1 论文主要研究内容的提出
• 1.6.2 论文主要研究内容
• 1.6.3 论文章节安排
• 第二章 基于损伤部位向量法的简支梁损伤诊断
• 2.1 引言
• 2.2 损伤部位向量法（DLV）
• 2.2.1 获取损伤部位向量
• 0与结构损伤信息的对应关系'>2.2.2 损伤部位向量V₀与结构损伤信息的对应关系
• 2.2.3 正则化累积特征力
• 2.2.4 损伤部位向量存在的条件
• 2.2.5 振型质量归一化系数
• 2.2.6 确定损伤部位向量
• 2.3 数值算例验证
• 2.4 试验验证
• 2.4.1 试验概况
• 2.4.2 试验仪器
• 2.4.3 模态参数识别
• 2.5 损伤诊断
• 2.5.1 获得近似柔度矩阵
• 2.5.2 确定损伤部位向量
• 2.5.3 定位损伤
• 2.6 误差分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于损伤部位向量法的框架损伤诊断
• 3.1 引言
• 3.2 数值算例验证
• 3.3 试验验证
• 3.3.1 试验模型
• 3.3.2 试验仪器
• 3.3.3 传感器布置
• 3.3.4 试验测试方法
• 3.3.5 正交性检验
• 3.4 损伤诊断
• 3.4.1 获得近似柔度矩阵及柔度矩阵差的奇异值分解
• 3.4.2 确定损伤部位向量
• 3.4.3 损伤定位
• 3.4.4 误差分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于驻波原理的图谱特征损伤诊断方法
• 4.1 引言
• 4.2 基于驻波原理的图谱特征损伤诊断方法
• 4.2.1 图谱特征一
• 4.2.2 图谱特征二
• 4.3 实心和空心直杆的纵向振动模态试验
• 4.3.1 试验模型
• 4.3.2 试验的仪器设备
• 4.4 损伤诊断
• 4.4.1 纵向振动模态频率和模态振型
• 4.4.2 采用图谱特征一对实心直杆和空心直杆进行损伤诊断
• 4.4.3 采用图谱特征二对空心直杆进行损伤诊断
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于行波原理的损伤诊断
• 5.1 引言
• 5.2 基于行波原理的应变时域特征信号法
• 5.3 一维杆状结构损伤瞬态响应识别法
• 5.4 波的传播特性分析
• 5.4.1 频散特性
• 5.4.2 波的反射和透射分析
• 5.4.3 信号波形分析
• 5.4.4 波在实心直杆和空心直杆中传播的时域波形
• 5.4.5 波在未损和损伤空心直杆中传播的共性分析
• 5.4.6 波传播路径的差异
• 5.5 基于行波原理的应变时域特征信号法对直杆损伤诊断
• 5.5.1 通过CH1和SCH1诊断损伤
• 5.5.2 通过CH2和SCH2诊断损伤
• 5.5.3 通过CH3和SCH3诊断损伤
• 5.6 一维杆状结构损伤瞬态响应识别法诊断直杆损伤
• 5.6.1 识别损伤
• 5.6.2 损伤定位
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文的研究结论
• 6.2 对后续研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读博士期间参与的课题
• 攻读博士期间发表的论文