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典型工程结构的损伤识别方法研究
| 论文题名： | 典型工程结构的损伤识别方法研究 |
| 关键词： | 桥梁结构;损伤识别;模态参数;使用寿命;有限元模型 |
| 摘要： | 工程结构在复杂的使用环境下不可避免会出现损伤，如承受外界荷载作用、材料老化、腐蚀以及疲劳等。一些结构内部的损伤，肉眼并不可见，随时间累积损伤加剧，必然对结构正常使用造成影响，甚至导致破坏，严重威胁结构安全。尽早识别出损伤并及时进行修复，不仅能减少不必要的加固、维修费用，还能预防事故发生。所以对损伤识别方法的研究具有重要的工程意义。 结构损伤会导致结构的物理特性如刚度、质量、阻尼等变化，那么结构的固有频率、模态振型等模态参数也会随之改变。有关文献表明，许多情况下柔度模态比固有频率或者模态振型对结构的局部损伤更加敏感，可以用于对结构损伤位置和损伤程度的判别。以上这些参数改变的现象已被广泛应用于结构的损伤识别中，因此基于结构模态参数的损伤识别方法得到了众多学者的研究。总而言之，各种损伤识别方法主要任务在于以下几点： 1)确定结构中是否存在损伤； 2)判断结构损伤的位置； 3)对结构的损伤程度进行量化分析； 4)对结构的剩余使用寿命进行评估。 本文利用损伤前后的柔度矩阵差，通过曲率差来构造出新的损伤指标，提出了相对柔度差曲率矩阵这一新的损伤识别算法，并构建两个损伤指标进行损伤识别。 具体有： 1)介绍了选题背景及意义，探讨了损伤识别的历史进程和发展趋势等。 2)介绍了关于模态分析的基础理论，对几种常见的损伤识别方法做了简要归纳。 3)以常见的梁类结构为例，讨论了含有单处损伤、多处损伤的简支梁模型。利用?m、?a两种损伤指标对其进行损伤识别，同时比较了?AFC R和MFCD两种损伤指标的识别效果。 仿真结果表明： 无论结构在单处损伤还是多处损伤的情况下，本文两种指标都可以很好的判断结构损伤位置和损伤程度，识别效果显著优于?AFCR和MFCD两种损伤指标。且抗噪性能良好，灵敏度高，可仅需前一、二阶模态参数就能判断简支梁损伤。在轻微损伤程度下，该方法依然能够准确定位其损伤位置，新指标明显具有更好的准确性和稳定性等优势。 4)以连续梁各跨和支座处含有损伤等有限元模型进行模态分析，提取前三阶固有频率和振型等模态参数进行损伤识别。又以两层两跨框架结构为研究对象，分别建立了单处损伤和多处损伤的有限元模型。 利用有限元软件获取相关模态数据，并通过MATLAB编程进行分析处理，通过数值模拟给出了损伤识别效果。分析结果表明：该方法识别效果明显优于其他损伤指标，而且只需低阶模态数据便可有效进行结构损伤定位、判断损伤程度，具有计算量小、易于实现等优点。 |
| 作者： | 朱检 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 徐飞鸿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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