基于应变模态的圆拱结构损伤识别方法研究

论文摘要

大多数的工程结构,在遭受到地震、台风等自然灾害或者长期的疲劳荷载和腐蚀作用下,常会引起结构损伤。结构损伤判断及损伤位置的确定,可以帮助人们对结构进行实时修复以便降低结构的损伤积累程度,减少经济损失。本文采用理论推导、数值仿真和模型实验相互验证的研究方案。通过开展不同损伤圆拱系列实验、数值仿真研究,得出损伤位置、程度对模态参数的一般影响规律,应用固有频率、应变模态对圆拱损伤进行了识别。本文主要开展了如下四方面工作:(1)回顾和总结了历年来基于振动的结构损伤识别方法,并分析了该领域的发展现状和趋势。(2)介绍了平面内拱振动理论,以及位移模态和应变模态分析理论,推导出拱中面径向位移与表面切向应变的关系。(3)根据圆拱的物理特点,应用ANSYS有限元分析软件进行了数值模拟,分别模拟圆拱不同位置以及不同程度的损伤,计算拱在损伤前后的模态响应,得出固有频率、位移模态、曲率模态和应变模态,并比较其在拱结构损伤检测中的识别效果。结果显示,相对位移模态和曲率模态,应变模态对损伤更为灵敏,更适用于损伤检测。(4)对圆拱结构进行初步的实验研究:制作了圆拱结构实验模型,对不同程度损伤拱进行实验,验证了本文理论方法的可行性与有效性,研究损伤对应变模态动力特性的影响规律,并就其中的一些问题进行分析和讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外结构损伤检测发展现状与动向
• 1.3 本文研究内容与技术路线
• 第二章 圆拱的振动理论
• 2.1 引言
• 2.2 拱的平面挠曲基本方程
• 2.3 圆拱平面挠曲的固有振动分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 应变模态分析理论
• 3.1 引言
• 3.2 位移模态模型的推导
• 3.3 应变模态模型的三种推导方法
• 3.4 应变模态之间的正交性
• 3.5 位移模态与应变模态的关系
• 3.6 圆拱中面径向位移与表面切向应变的关系
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于应变模态的圆拱结构损伤识别方法数值仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 数值仿真模型
• 4.3 单个损伤拱损伤识别
• 4.4 两处损伤拱损伤识别
• 4.5 本章小结
• 第五章 初步实验研究和结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 实验分析方法及原理
• 5.3 试件设计及实验方法
• 5.4 实验结果初步分析
• 5.5 实验与数值模拟结果比较
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录