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基于受控结构动力特性的损伤识别

贾良现  
【摘要】: 结构安全性检测的研究与应用已成为结构工程研究的前沿课题之一。一旦结构产生损伤,结构力学性能的降低将引起结构动力特性的变化。因此,结构的损伤可以通过分析结构动力特性的变化来研究。 本文根据结构输入和输出信号,引入模态分析技术进行系统辨识。研究内容主要包括模态参数识别以及基于模态参数识别结果的结构损伤识别。 首先介绍了模态参数及其识别。通过特征值方程求得结构模态参数的理论值,然后根据系统辨识的理论,得到结构模态参数的识别值。通过和结构模态参数的理论值相比较可知:识别的低阶模态参数具有很高的精度,而高阶的识别精度不容易保证。 研究了二阶振动系统的极点配置问题。速度和位移输出反馈的极点配置方法具有一般性,能够对系统部分极点进行配置,加速度反馈的极点配置方法具有重要的实际应用价值。分别对一个集中质量模型和悬臂梁模型进行了分析。建立结构的基准有限元模型,通过二阶振动系统的极点配置方法,有目的地对结构进行极点配置,使受控结构系统的模态参数对损伤比无控的结构更敏感。 对假定的损伤模式,分别识别出无控和受控系统损伤后的模态参数。本文采用了两种损伤识别方法。第一种是用模型修正技术对集中质量模型进行损伤识别,需要同时使用无控和受控模型的频率和振型数据。另一种是基于悬臂梁解析模型灵敏度分析的线性估计,受控系统的频率数据提供了更多的模态信息,改善了灵敏度矩阵的病态问题,因此能更精确的识别损伤位置和确定损伤程度。


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