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模态识别在渡槽结构损伤检测中的应用研究

王鹏  
【摘要】:渡槽是灌区水工建筑物应用最为广泛的交叉建筑物型式之一,是跨越河流、道路、山谷等的架空输水建筑物,在山区灌区建设中更占有重要的地位。对渡槽进行科学的损伤检测和评估,充分了解其实际状况,可以为经济可靠地利用现有渡槽提供依据,避免灾难性事故的发生。近年来,国内外许多学者一直在努力寻找能够准确其结构进行检测的方法。这些研究取得了显著的成绩,但是也存在许多不足。特别是,这些方法对空间三维问题处理不太理想。为了解决这一问题,本文在分析许多学者研究成果的基础上,提出了一种基于模态的无损检测方法。该方法认为结构模态参数(振动频率、振型)是结构物理参数(质量、刚度、阻尼)的函数,而结构损伤必然会导致结构物理参数的变化,最终会引起结构模态参数的变化,因此利用现代的信号测试技术测出结构模态参数的变化就可以对渡槽的损伤程度进行判断。利用频率进行无损检测的薄弱环节是无法准确的判定完拿对称点的损伤问题,基于解决这个问题本文引入曲率模态检测方法解决对称点的判定。即通过曲率模态检测方法的辅助作用实现频率对渡槽结构整体的无损检测。本文首先利用大型有限元软件ANSYS针对工程应用中常见结构简支梁为例阐述了用曲率模态法识别工程结构损伤的方法。得出曲率模态对于结构损伤比较敏感,并能较准确地进行损伤定位。然后利用ANSYS的APDL语言编制的程序,对另一简支梁进行了模态分析。并结合MATLAB的优化功能引入一种新的频率模态方法。该方法通过结构的不同部位的同样大小的损伤对结构各阶频率的影响程度是不同的,即结构不同部位的变化造成了频率改变的不同组合,形成结构损伤的空间信息,从而进行损伤判定。并且通过数字模拟得到了较好的验证。最后在引入的这种新的频率模态方法的基础上,对渡槽中常见的混凝土梁式渡槽进行了损伤分析,并得到较好的结果。


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