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基于曲率模态变化率指标的结构损伤识别方法研究

张勇  
【摘要】: 如今各种工程结构正朝着复杂化、超大化的方向发展。然而,外界环境的侵蚀、交通负载的影响、自然灾害引发的损伤等,使得结构材料不断老化、疲劳效应增加、结构抗力衰减,结构的安全性、适用性和耐久性均呈现不同程度的下降。对结构进行早期的健康监测和损伤诊断,能及时修复结构病害,降低结构的损伤积累程度,减少经济损失。 自从本世纪50年代以来,人们就已意识到桥梁结构健康监测的重要性,损伤检测是桥梁健康监测系统的核心技术,其中,基于结构动力特性的损伤检测已成为研究的热点。 首先,本文介绍了桥梁结构健康监测和损伤识别的研究背景和意义,主要描述了损伤识别研究的国内外研究现状,探讨了损伤识别方法存在的问题及今后发展的趋势。 其次,系统总结了模态分析的基本理论及研究内容,重点介绍了模态分析的频域峰值法和频域分解法。 再次,论述了曲率模态分析的理论依据及其特性。以简支梁为研究对象,采用改变单元弹性模量的方法模拟结构损伤,通过有限元软件数值模拟了跨中损伤和四分之一跨损伤两种工况,对比分析了结构损伤对固有频率、位移模态、曲率模态的影响,指出了曲率模态对于结构非节点损伤敏感。 然后,针对于曲率模态对结构损伤识别的不足,利用差分法对曲率模态曲线进行微分,得到曲率模态变化率曲线。通过开展不同类型的梁结构损伤系列仿真,得出损伤位置、损伤程度对曲率模态变化率的一般影响。仿真数据表明:曲率模态变化率是比曲率模态更为敏感的结构损伤指标。 最后,在以上研究的基础上,对本文的研究成果进行归纳和总结,并为今后的研究工作提出建议和展望。


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