基于模态参数的结构损伤识别研究

【摘要】：梁和板是房建、桥梁等建筑结构中常见的结构物。当其遭受地震、火灾和疲劳荷载作用时会产生损伤,并会逐渐影响结构的安全性,严重时可能引发灾难性的事故,给社会带来很大的经济损失。因此,对梁板结构进行损伤识别已成为一项重要的课题。结构损伤会引起结构物理参数(刚度、质量和阻尼)的改变。因为结构模态参数(频率、振型)是物理参数的函数,故损伤一定也会引起结构模态参数的变化。利用结构模态参数变化的损伤识别问题,可归结为基于模态参数组合的优化问题。本文考虑到结构模态参数与损伤识别的必然关系,将损伤前后的模态参数用数学表达式重新组合,构造出结构的损伤标示量,分别对梁板结构的损伤识别问题进行研究。本文以梁为研究对象,利用梁结构损伤前后的柔度阵变化,构造出基于损伤前后柔度阵部分对角线元素的变化率的损伤标示量；再借助有限元软件建立了带损伤的连续梁模型,经过有限元软件处理后得到结构刚度矩阵；再通过编程处理,画出不同工况损伤下梁的标示量图,从而定位梁的损伤位置。本文以板为研究对象,基于结构损伤前后的振型、频率变化的特点,构造出以振型和频率组合的损伤标示量；利用有限元软件建立了带损伤的简支板模型,经过有限元软件处理后得到结构振动的振型和频率；再通过编程处理,得到不同损伤工况下板的标示量图,从而推断板的损伤位置。本文的研究成果表明：梁的损伤识别方法无论是对单处损伤梁、多处损伤梁和同一位置不同损伤程度梁的损伤位置都能够精确识别；三类简支薄板的损伤模型的算例结果也说明本文方法无论是对单损伤板还是多损伤板的损伤位置都能够精确定位。所以,提出的方法对梁板结构的损伤识别具有重要的指导意义。
【关键词】：损伤识别 有限元法 模态参数 振型 连续梁 弹性薄板
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU317