基于曲率模态差角钢输电塔损伤识别技术研究

为延长输电塔的服役时间,提出了一种曲率模态差值法识别输电塔应力薄弱杆件位置的损伤识别技术。以桐城-柳城Ⅰ、Ⅱ回220 kV线路工程中的2E8-SCZ2-33塔型的B23塔为研究对象,首先通过现场实测以及数值模拟开展了铁塔的动力特性研究;其次计算不同风速下输电塔构件的内力,通过压屈比设计主材、斜材薄弱位置不同程度的损伤,研究损伤后对铁塔动力特性的影响;最后用曲率模态差值分析方法对输电塔损伤位置进行识别。研究表明,曲率模态差值分析方法可以有效识别出输电塔主材损伤杆件的位置,对于单根斜材损伤识别不灵敏。B23塔主材最薄弱位置在第(18)段,斜材最薄弱位置在塔腿处。计算表明在39 m/s的风荷载作用下主材压屈比超过0.600,在43 m/s的风荷载作用下主材压屈比超过0.700,应重点关注薄弱位置的健康状况。

基于多阶曲率模态差的桥梁损伤定位方法

为了保障桥梁结构正常运营,及时发现桥梁损伤,本文提出了多阶曲率模态差(multi order curvature mode difference,简称MOCMD)损伤指标进行桥梁结构损伤位置的识别。为了验证本文方法的有效性,通过数值模拟建立一简支梁桥有限元模型,研究不同损伤程度、损伤位置和噪声水平对该指标的影响。数值模拟结果表明,该指标能够精确识别多个工况损伤位置,而且具有一定抗噪性。

基于曲率模态差的海洋塔式井架缺陷定位研究

海洋平台塔式井架受到环境因素的影响,会产生不同类型的缺陷,导致井架整体承载能力下降。根据曲率模态损伤识别理论,针对渤海某塔式井架,应用ANSYS软件对缺陷产生前、后的塔式井架曲率模态差进行了计算和分析,并通过试验进行了验证。研究结果表明,局部腐蚀和弯曲可造成井架前2阶的曲率模态发生变化;整体倾斜可造成井架的前5阶曲率模态发生变化;局部缺陷值越大,曲率模态差也越大;对于塔式井架,局部腐蚀损伤只导致该损伤部位的曲率模态差发生变化;局部弯曲除导致损伤部位曲率模态差发生变化外,还导致其上、下相邻杆件的曲率模态差发生变化;整体倾斜时,塔式井架结构从底部到中部的曲率模态差发生由大到小的变化。

基于曲率模态差和小波变换的网架损伤识别

采用一种基于曲率模态差和小波变换的损伤位置识别方法,对网架结构中常见的正放四角锥网架、两向正交正放网架、两向正交斜放网架、三向网架和蜂窝型三角锥网架进行了损伤识别,以结构损伤前后的曲率模态差作为小波变换的分析信号,对其进行db3连续和离散小波变换,确定杆件损伤位置。数值分析结果表明,在仅测得一阶模态的情况下,应用曲率模态差和小波变换相结合的方法可以对网架的单个损伤位置和多个损伤位置进行有效识别。

多梁式桥梁检测的叠加曲率模态差变化率方法

鉴于应用曲率模态的桥梁损伤识别研究大多以一维单梁式结构为研究对象,提出利用G-M法的思想并基于薄板振动理论将多梁式结构转化为正交异性板后,类比梁弯曲理论得到该结构两正交方向曲率表达式,通过分析采用单阶曲率模态差指标进行桥梁损伤识别的不足,考虑利用多阶曲率模态变化率叠加指标进行损伤识别,最后采用有限元软件Ansys建立桥梁模型计算单位置、多位置不同损伤程度的多种工况。Matlab绘图结果表明:沿桥梁纵向叠加指标识别更为精确,对未损伤位置数据扰动更小,指标独立性高,可利用该指标进行多梁式结构的损伤定位。

基于曲率模态差指标的框架结构损伤识别

框架结构是目前广泛存在的一种建筑结构形式,对其损伤识别问题进行研究具有重要的工程意义。利用FRB神经网络对框架结构损伤进行训练识别,对"曲率模态差"指标的框架结构损伤定位、定量识别问题进行了研究和实例分析,结果表明"曲率模态差"指标对框架结构的损伤敏感,适宜于进行框架结构损伤定位以及较大损伤的定量识别。

基于曲率模态差的四边固支薄板的损伤检测

以四边固支板为研究对象,采用改变单元弹性模量的方法模拟结构损伤,分别应用基于振型、频率和模态曲率差的损伤识别方法识别结构损伤。结果表明:在薄板一个比较小的区域损伤的情况下,其振型与频率的改变量是很小的,很难判断损伤位置,而有损伤单元的模态曲率差的值却发生明显的变化,因此采用模态曲率差法对结构进行损伤识别可以准确判定损伤的位置。

基于曲率模态差和模态置信的钢架损伤识别研究

运用曲率模态差法和模态置信准则同时对一个空间钢架进行损伤单元位置的判定和破坏程度的识别,并对这两种方法进行比较。以空间钢架为具体研究对象,对其进行损伤识别数值模拟,再用中心差分法计算出曲率值,将损伤前后的曲率模态值相减,得到曲率模态差值;通过模态振型的改变量的多少来判别损伤情况即模态置信准则识别方法。比较结果表明模态置信准则在单元发生小程度损伤时识别不了,而曲率模态差法可以识别,并且识别的阶数多于模态置信准则。

基于应变模态曲率差的木梁损伤识别

为了识别木梁截面的残缺,提出基于应变模态曲率差的木梁损伤识别方法。首先,采用ABAQUS建立完好木梁和不同程度损伤木梁的有限元模型并进行模态分析;然后,分别采用应变模态和应变模态曲率差的损伤识别指标对木梁进行损伤定位识别,通过拟合应变模态曲率差与损伤程度的关系式估算木梁的损伤程度;最后,通过木梁试验验证该指标的有效性。结果表明:应变模态损伤识别指标对木梁的截面损伤定位效果较差;应变模态曲率差指标具有较强敏感性,能够准确地识别出木梁损伤位置和程度。

基于小波变换和模态曲率差的起重机金属结构损伤识别

属于焊接结构的起重机金属结构受交变载荷的影响,随着使用年限的增加,不可避免地会产生裂纹和腐蚀等损伤,从而引发突发性重大断裂事故。为此,基于结构的振动特性及小波变换理论来研究起重机金属结构的早期损伤识别问题,通过改变局部弹性模量模拟不同损伤工况,分析了起重机主梁在不同损伤工况下的动态响应特性。结果表明,小波变换可明显放大不易察觉的损伤突变,模态曲率差具有较好的损伤识别能力,可为起重机金属结构损伤识别提供新的思路。

基于曲率模态的复杂曲面结构损伤检测

复杂曲面结构在工程中被广泛应用,对曲面结构进行无损检测具有重要意义。本文以航空发动机的活门为研究对象,引入曲率模态差(DI)作为损伤参数。对活门进行不同程度裂纹加工,利用激光测振仪获得活门损伤前后的模态振型,应用中心差分法求解结构损伤前后的曲率模态值,利用其差值对裂纹进行定位,进而确定损伤程度。研究结果表明,采用模态曲率差法对结构进行损伤识别能准确判定损伤的位置。曲率模态差(DI)作为损伤参数,随着裂纹深度增加而增大,可以很好地反映结构的损伤程度。

利用模态柔度曲率差识别框架的损伤

采用结构模态参数进行损伤识别是研究较早,应用较多的无损探伤检测方法。提出了一种称为模态柔度曲率差的损伤检测指标。该指标利用模态柔度,不仅比频率和振型更敏感,而且对高阶模态的依赖大为减小。此外,曲率的采用也增加了其对损伤的敏感程度。对两个框架有限元模型进行了分析,详细比较了该指标和振型曲率改变率等其它一些指标在不同的损伤分布和损伤程度下的损伤识别效果,发现模态柔度曲率差识别效果最好,结果最稳定。

利用模态曲率差法进行弹性薄板的损伤检测

弹性薄板在工程中被广泛应用,对弹性薄板进行在役无损检测具有重要意义。本文在前人的研究基础上,以四边固支薄板为研究对象,运用ANSYS分析软件,采用改变单元弹性模量的方法模拟结构损伤,应用基于模态曲率差的损伤识别方法对板结构进行损伤检测。算例表明:在薄板的一个比较小的区域损伤的情况下,有损伤单元的模态曲率差的值变化明显,因此可以采用模态曲率差法对结构进行损伤识别并能准确判定损伤的位置。

基于子结构及模态柔度曲率差的某框架结构损伤识别

基于子结构思想,通过对框架结构中子结构的边界施加虚拟的数值支座,限制子结构边界的位移,把子结构从整体结构中隔离出来。运用提出的模态柔度曲率差方法对子结构进行了损伤识别。结果表明:该方法仅需低阶模态参数即可进行损伤识别,不论对单一位置损伤,还是多种共存的损伤,均具有损伤定位的能力,并能定性反映损伤程度。与已有的柔度差、柔度差值曲率两种柔度指标的数值模拟比较结果证明了该方法检测损伤的有效性和优越性。

不同工况下简支梁桥损伤的模态曲率差值分析

利用结构力学中的虚功原理,推导简支梁桥在损伤前后曲率差公式,得出简支梁曲率差模态指标与损伤位置有关结论.研究单一损伤位置和多处损伤位置及不同损伤程度对结构损伤识别的影响,分析损伤前后结构固有频率的变化情况.结果表明:结构无论发生单一或多处损伤时,曲率差模态曲线会在损伤单元处发生尖峰突起;低阶模态就可以准确地确定损伤位置,为防止损伤发生在某阶振型的0节点处,需要综合高阶模态互相对照分析损伤情况;用结构损伤前后各阶自振频率变化,可以整体对结构是否有损伤进行判别.

基于模态曲率差的桥梁结构损伤研究

以模态曲率为基础,分析了其对于桥梁结构损伤评估的适应能力,并运用模态曲率差的绝对值来确定损伤位置。模型实验表明,模态曲率差的绝对值不仅反映了桥梁损伤的位置,而且某些阶振型的模态曲率差还指示了损伤单元的长度,但在振型的平衡位置,模态曲率差不容易反映结构的损伤。实际检测中需要获得结构的多阶振型才可以对损伤位置实现较好的识别。

简支梁损伤的模态曲率差值试验分析

在模态曲率差理论的基础上,运用采集和实时分析软件DASP得到结构位移模态分析数据,分析不同损伤状况下简支梁结构的模态曲率差曲线及损伤前后结构的固有频率.试验结果表明:模态曲率差指标能很好地识别出单个单元损伤和多个单元的损伤位置;单点或多点损伤的一阶模态曲率差值曲线的识别效果较为准确,损伤程度与曲线峰值的大小能够相对应,一阶模态曲率差曲线对损伤位置敏感性较强;该方法的进一步完善使得对大型结构进行无损检测成为可能.

基于改进模态柔度曲率差的结构损伤识别方法

针对柔度曲率差指标识别模糊和错误定位的问题,将灰色系统理论与柔度矩阵相结合,提出灰并联模态柔度曲率差指标,并提出损伤程度的判定方法,提高了指标对损伤的敏感性。采用变化柔度矩阵降低了噪声对损伤识别结果的影响。在一个直管结构上进行损伤识别应用,通过与柔度曲率差指标的数值模拟对比分析和实验验证,表明该指标在直管损伤识别中具有一定的有效性。

基于模态应变能曲率差的结构损伤识别方法

针对大型结构局部损伤识别指标灵敏度不高的问题,提出了基于模态应变能曲率差的结构损伤识别方法。利用局部结构的振型和质量矩阵以及固有频率,求出单元模态应变能曲率差,并将该指标应用于损伤识别中。数值算例表明:该指标可以有效地定位损伤,并能定性描述损伤程度,且具有一定的抗噪性能。最后,将该方法应用于某发射台模型损伤识别的试验研究中,实测数据分析验证了该方法的有效性。

基于灰并联模态柔度曲率差的梁结构损伤识别

运用提出的灰并联模态柔度曲率差方法对子结构进行了损伤识别。结果表明:该方法仅需低阶模态参数即可进行损伤识别,不论对单一位置损伤,还是多种损伤共存,均具有损伤定位的能力,并能定性反映损伤程度。与已有的柔度差、柔度差值曲率两种柔度指标的数值模拟进行比较,显示了该指标检测损伤的有效性和优越性。