基于模态柔度矩阵识别结构损伤方法研究

基于模态柔度对结构损伤的高灵敏性,采用低阶的模态参数,利用结构损伤前、后的模态柔度矩阵,计算出模态柔度改变率,并对其进行中心差分,得到模态柔度改变率曲率,作为结构损伤识别的新指标.以简支梁和四跨连续梁为例,建立有限元模型,考虑多种损伤情况,计算新指标,并与模态柔度差、模态柔度改变率、模态柔度差曲率等指标进行对比分析,证明了新指标的有效性和简便实用性.

基于广义模态柔度矩阵的结构损伤识别

用最小平方正交三角分解(LSQR)法研究结构损伤识别问题,首先提出一种损伤定位方法,然后将基于广义模态柔性矩阵的损伤识别问题转化为最小二乘问题,最后用LSQR方法逐步确定损伤的位置和程度.所给算例验证了方法的有效性.

基于模态柔度曲率改变率的桥梁结构损伤识别方法

在以往模态柔度损伤指标研究成果的基础上,提出模态柔度曲率改变率MFCI(aver)的结构损伤识别方法。该方法首先对损伤前后的模态柔度矩阵各列元素进行代数平均,将计算得到的平均值作为模态柔度向量{fu}和{fd}的元素,然后利用差分法求出模态柔度曲率,最后将损伤前后的模态柔度曲率差值按损伤前的模态柔度曲率值进行归一化,从而得到模态柔度曲率改变率指标。对简支梁和连续梁,采用MF,MFC,MFCI(aver),MFCI(max)4种结构损伤指标进行损伤识别效果比较的结果表明:模态柔度曲率改变率结构损伤识别方法在识别过程中,由于用模态柔度列向量代替模态柔度矩阵,避免了大型矩阵运算,明显提高了识别速度;对数据进行平均处理,明显改善了抗噪能力。

基于柔度曲率矩阵的复合材料脱层损伤识别研究

利用复合材料的模态柔度曲率矩阵探讨了复合材料构件的无损检测方法。通过模态分析获得脱层复合材料梁的各阶固有频率及节点振型,计算得到模态柔度曲率矩阵判断复合材料梁的脱层损伤。基于梁结构损伤检测理论发展了基于柔度曲率矩阵的复合材料板结构脱层损伤识别理论,即纵向柔度曲率矩阵和横向柔度曲率矩阵。算例分析表明:对于单一脱层损伤,纵向和横向柔度曲率突变率分别是3.6310、5.4078倍。对于多处脱层损伤,小损伤处纵向和横向柔度曲率突变率分别是3.5350、5.902 8倍;大损伤处纵向和横向柔度曲率突变率分别是5.680 3、10.010 9倍。突变位置与预设的脱层位置一致。说明纵向和横向柔度曲率均能判断复合材料脱层损伤的位置和大小,且相对来说,纵向柔度曲率损伤识别效果更好于横向柔度曲率。

基于改进鲸鱼算法和模态柔度的两阶段结构损伤识别

本文在引入两阶段损伤识别方法的基础上,结合模态柔度和鲸鱼算法,提出了一种新的结构损伤识别方法。即将损伤定位与量化损伤程度分开的损伤识别两步法。第一步,定位出结构发生损伤的位置,提出了一种基于模态柔度的新指标:叠加模态柔度差曲率(SMFC)来确定结构中发生损伤的位置。该指标的计算,首先是分别计算损伤前、后的结构模态柔度,然后对其逐行求和后,最后采用中心差分法分别计算两者的曲率并作差。同时,考虑到了对板结构的“临近效应”,提出了一种削弱该效应的方法,并将其应用到新指标中。第二步,构建基于柔度矩阵的目标函数,并利用第一阶段损伤定位的结构,通过改进的鲸鱼算法来确定实际损伤程度。通过简支梁和四边简支板的数值算例来检验本文所提出方法的适用性,最后通过简支梁试验验证该方法对实际结构的有效性。

基于模态柔度的损伤连续梁桥虚拟荷载试验方法研究

为了快速评估连续梁桥承载能力和实际运营状态,提出基于模态柔度的虚拟荷载试验方法。以某实际工程(40+40+40)m的3跨连续梁桥为研究对象,采用数值模拟方法对其进行深入分析;将主梁单元的弹性模量折减30%模拟梁桥损伤,在白噪声激励下,运用SSI(stochastic subspace indentification)模态参数识别技术识别损伤梁桥的模态参数,进一步构建位移柔度矩阵;设计虚拟荷载试验方案,预测损伤梁桥在虚拟荷载下的模态挠度,计算结构校验系数。结果表明:环境激励下,只需在3跨连续梁桥四分点截面布置42个测点即可准确识别连续梁桥的动力特性参数;仅需前6阶模态参数即可预测虚拟荷载试验下连续梁桥关键截面的模态挠度;偏载、中载工况下3跨连续梁桥的结构校验系数均大于1,表明梁桥的承载能力不满足设计要求,需要及时维修养护。基于模态柔度的虚拟荷载试验方法在评估3跨连续梁桥的实际承载能力领域有一定应用潜力,可为工程实践提供可靠的技术支持。

基于模态分析的对称结构损伤识别法

对于对称结构的损伤识别,本文提出了一种将正则化频率变化率和柔度曲率矩阵变化率相结合的损伤识别法.先运用正则化频率变化率对对称结构进行损伤识别,损伤识别结果将会产生两个对称的损伤位置,接下来再引入本文基于柔度矩阵提出的损伤识别新指标,根据损伤识别新指标的识别结果对这两个对称的损伤位置进行对比,损伤识别指标值较大的,即为真实损伤单元.运用该方法就可以实现对整体对称结构的损伤识别.通过对称单跨梁算例分析,验证了此方法的精确性和可行性.

基于不完备损伤指标和遗传算法的特大桥损伤识别和传感器布点优化

特大桥健康监测系统不可能在所有自由度安放传感器,该文讨论了用由不完备振型建立的损伤指标的损伤识别和传感器布点优化方法。与过去用遗传算法优化传感器布点的适应度函数不同,该文用损伤指标最灵敏来建立适应度函数。对桥梁的单个损伤,该文用不完备模态柔度矩阵差和截断模态应变能变化率两个不完备损伤指标作为适应度函数来优化传感器布点,并与传统的COMAC指标对比,还改进了多种群遗传算法,以提高收敛速度和全局寻优能力。并以西堠门悬索桥有限元模型为例,识别不同部位的损伤。算例表明:该方法在损伤识别和传感器布点优化方面不仅可行而且有效。