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基于结构模态参数损伤识别的数值方法研究

李成  
【摘要】:损伤识别问题的研究目的就是为了保证工程结构的可靠性和安全性,并为工程结构和设备的寿命估计和维护保养提供依据,这个问题一直被工程界所关注的前沿课题。但是通过作者对近年来国内外大量文献的阅读,归纳和总结了损伤识别问题所采用的各种方法,至今尚缺乏令人满意的方法。 本文的目的力图通过对损伤结构的模态分析,了解损伤对结构特性的影响,比较损伤对各种参数变化的敏感度,从中探索新的参数,以提高损伤识别的精度。本文具体做了两方面工作内容: 第一,在对结构曲率模态分析的基础上,提出了一个新的概念:曲率模态差。数值算例采用ANSYS软件对一简支梁进行模态分析,根据其结果,比较了各种损伤情况下固有频率、曲率模态和曲率模态差对各自损伤的敏感度。分析结果表明曲率模态差对大损伤结构的损伤进行定位精度还比较高,而对小损伤不够敏感。 第二,为了找到一个对小损伤更敏感的参数,本文在结构的自由振动微分方程基础上,结合损伤结构的测试数据(用有限元模型的计算结果模拟),得到残余向量,利用广义逆和矩阵投影定理,导出了一个新的具有很好识别效果的参数:残余向量投影范。从中很容易确定出损伤单元,进而计算出这个损伤单元的损伤因子即损伤程度。通过算例分析,发现该参数对结构中损伤非常敏感,能识别出结构中的微小损伤,而且只需要的结构前几阶模态就能达到很好效果。 本文的工作是在结构模态参数已通过动力检测被识别出来的基础上进行的,对于实际工程结构的故障诊断具有较强的理论研究价值和广泛的应用前景。


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