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基于数字图像处理技术的双层钢框架振动分析

李浩雨  
【摘要】:框架结构以其优良的力学性能,无论是在城市CBD中的高楼大厦,还是寻常百姓的自住民宅,都可以见到以框架结构为核心的建筑的身影。现代建筑的研究方向是使得建筑更高、跨度更大、使用功能更丰富,自然也就要求建筑的承载力以及力学性能能够满足要求。除了研究新的材料,提高材料性能外,结构的设计是否合理,动力性能是否满足要求也必须考虑。模态分析目的之一就是得到结构的模态参数用于对结构动力性能做出评价,所以本文选用了框架中的一个典型模型,即双层钢框架模型,采用数字图像处理技术对模型进行模态分析,得到的模态参数与有限元得到的结果以及传统试验法结果做比较分析,发现数字图像处理技术的精度符合要求,论证了该方法在该空间结构中的应用是可行的。本文主要的研究成果如下:(1)介绍了框架结构常见的几种形式,详细介绍了模态分析的发展、识别方法以及应用。此外还介绍了数字图象处理技术的发展现状,重点介绍了Canny算子应用原理以及运用二维正交多项式拟合将原来的整像素边缘处理成亚像素边缘,大大提高了实验的精度论证了数字图像处理技术相对于传统试验法的优势。(2)采用了Midasi Civil和ANSYS两种不同的大型有限元软件对双层钢框架模型进行了有限元仿真分析,得到了模型前六阶频率和振型。并运用传统试验法得到模型真实的模态参数,试验时还对所有的传感器重新做了标定。(3)数字图像处理技术以往都是处理线性或者平面结构,而双层钢框架结构属于空间结构,每个测点有两个不同面上的位移,所以本试验采用了两个相机机位从两个不同的方向对模型进行拍摄,并通过发出声音脉冲对两个拍摄起点不一致的相机进行了时间标定,实现了两台相机的时间同步,为了提高试验进度运用了亚像素边缘,分析得到了模型的前六阶振型和频率。(4)通过对所做的所有方法的结果对比,首先了解了双层钢框架结构的模态参数以及其动力特性是怎样的;然后通过对比多种试验结果,看出数字图像处理技术做出的结果精度完全符合要求,为之后研究框架这类空间结构提供了数字图像处理技术这么一条高效的方法。


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