应变模态试验技术在渡槽结构损伤诊断中的应用

通过简支渡槽模型试验,研究结构损伤程度与应变模态之间的关系,并根据模态节线损伤时应变模态形状不变的特点,重点分析纵轴线纵向非节线(即1阶、4阶、6阶应变模态)损伤下的应变模态变化规律.结果表明:应变模态损伤突变区范围随损伤量的增加而增大,且低阶模态影响范围大于高阶模态影响范围;1阶应变模态对底板跨中损伤最为敏感,突变区外的大多数应变也都出现下降现象;可根据低阶应变模态的敏感性确定损伤位置和程度.     

基于应变模态的直接损伤定位法

通常结构的位移模态和固有频率难以有效的反映结构是否损伤和损伤状况,应变模态能够更有效,更可靠的对结构损伤识别和定位。本文通过ANSYS对梁结构的不同损伤程度和不同的位置损伤工况的模拟仿真,进行结构损伤分析研究,最后通过前三阶应变模态振型结构损伤前后的比较,总结损伤结构的应变模态的变化规律,揭示应变模态对结构损伤的敏感性。     

利用应变模态差识别弯管内部损伤

为研究利用应变模态差识别弯管内部损伤的方法,以损伤前、后的应变模态差作为弯管损伤识别的损伤指标对其展开研究.首先,基于位移模态和应变模态的模态叠加特性和正交性推导了应变模态差公式;其次,利用有限元软件ABAQUS建立不同工况的弯管简化模型进行数值模拟.处理分析得到应变模态差曲线,以此判断损伤的存在和位置以及损伤程度.结果表明,通过该损伤指标能很好识别弯管损伤的存在和位置,并能有效地反映其损伤的程度;改变弯管的径厚比和弯曲形式,该指标对弯管损伤识别仍然适用.证明了基于应变模态差的弯管内部损伤识别的可行性.     

基于振动模态分量的结构损伤定位方法

三维实体结构振动时,结构上的任一点在三维空间各个方向均产生位移分量,振动模态也包含各个方向的模态分量.当结构损伤时这些模态分量会发生变化,但对损伤的敏感程度是不同的.基于这一特点,提出位移模态分量变化率、应变模态分量变化率和第一阶模态下的轴向位移差变化率3种针对三维实体结构的损伤标识量,并通过算例对损伤位置和损伤程度与3种标识量的关系进行计算分析,研究3种标识量对损伤位置的敏感程度.计算实例表明,3种结构损伤标识量都在损伤部位出现尖峰,可以用于损伤定位.3种损伤标识量中,位移模态分量变化率较小,对损伤的敏感程度不高;应变模态分量变化率较大,对损伤的敏感性较高;第一阶模态下的轴向位移差变化率最大,对损伤最敏感.     

基于应变模态小波神经网络的结构损伤识别方法

以框架结构为研究对象,利用小波分析和神经网络理论,结合二者的优点,运用小波分析来确定框架结构的损伤位置,运用神经网络算法来识别损伤程度,给出了基于应变模态参数识别框架结构损伤的原理,建立了一种识别结构损伤的小波神经网络方法.通过建立基于振型模态和应变模态的损伤识别方法,分别对9种不同工况下框架的裂缝位置进行识别,并对比了这2种模态下损伤位置的识别效果.然后,分别对框架的振型模态和应变模态进行连续小波变换,获得2种模态参数下的小波系数模极大值.利用神经网络去模拟小波系数模极大值与损伤程度之间的非线性关系来识别结构的损伤程度,并对比了这2种模态下损伤程度的识别效果.数值分析结果表明,小波神经网络可以有效地识别出结构的损伤位置和损伤程度,基于应变模态的损伤识别方法具有更好的准确性.     

采用应变模态柔度曲率差识别结构损伤

用随机子空间法从结构的响应信号中提取模态参数,构建模态柔度曲率差MFC进行损伤识别.通过简支梁线单元模型仿真算例,对比了位移模态与应变模态识别损伤的效果,并由实体单元模型仿真算例考察了应变信号采集位置对损伤识别效果的影响.结果表明,应变模态应用于损伤识别在抵抗噪声方面优于位移模态,但应变信号的测点需要靠近损伤的位置.     

曲率模态及其在汽车后桥损伤识别中的应用

引入曲率模态分析方法,以某轿车后桥为研究对象,通过试验模态分析获得损伤前后结构模态参数,计算曲率模态,选取平均曲率模态绝对差作为指标,对轿车后桥进行损伤识别.结果表明,该方法对结构局部变化敏感,可以识别损伤位置及损伤程度,为车辆结构件损伤识别提供了一种可行的研究方法.     

基于曲率模态的拱桥损伤研究

本文设计了一个拱桥模型,对拱桥设定了多种不同的单损伤工况和多损伤工况.首先从理论上研究了曲率模态损伤参数,并用ALGOR大型仿真软件对拱桥进行模态分析,分别从固有频率、曲率模态和曲率模态突变系数等方面讨论拱桥的损伤情况.试验结果表明:利用曲率模态和突变系数能准确定位结构的损伤位置和损伤程度.     

基于曲率模态理论的简支梁损伤辨识研究

选取结构中常见的构件——简支梁,利用有限元软件ANSYS建立有限元模型.通过模拟跨中损伤,分析模态振型位移值,得出曲率模态值.对比分析曲率模态在损伤处的变化规律,得出损伤与相应参数的关系.总结曲率模态在损伤处的应用规律,以期使曲率模态辨识损伤理论在其他结构中得到更好的应用.     

简支梁损伤的模态曲率差值试验分析

在模态曲率差理论的基础上,运用采集和实时分析软件DASP得到结构位移模态分析数据,分析不同损伤状况下简支梁结构的模态曲率差曲线及损伤前后结构的固有频率.试验结果表明:模态曲率差指标能很好地识别出单个单元损伤和多个单元的损伤位置;单点或多点损伤的一阶模态曲率差值曲线的识别效果较为准确,损伤程度与曲线峰值的大小能够相对应,一阶模态曲率差曲线对损伤位置敏感性较强;该方法的进一步完善使得对大型结构进行无损检测成为可能.     

长输管道悬索跨越结构损伤的试验模拟与识别

结构的损伤会导致结构模态参数的变化,通过获取不同损伤模式下结构的模态参数并经过分析对比,可实现对结构的损伤模式识别.为此,针对咸阳至宝鸡天然气输气管道工程的渭惠渠悬索跨越结构,制作了缩尺比例为1∶8的悬索桥模型结构,针对悬索桥模型结构进行了完好状态和3种基本损伤模式状态下的输入白噪声和地震波的振动试验研究,得到了多组长输管道悬索桥模型结构在完好状态和不同损伤状态下的频率参数;且采用目前广泛应用的神经网络BP网络实现了对长输管道悬索桥完好状态和3种主要损伤模式的识别.     

基于模态应变能的不同损伤指标对比

为解决工程结构的多损伤识别问题,对基于模态应变能的不同损伤指标方法进行了对比分析和研究。首先,描述了3种损伤指标,即模态应变能变化指标( MSECI)、模态应变能耗散率指标( MSECRI)和模态应变能基指标( MSEBI);然后借鉴模态应变能耗散率指标的建立原理,通过对刚度矩阵的修正,建立相应的能量等效方程,并提取了一种模态应变能等效指标( MSEEI );最后对4种应变能损伤指标进行了对比研究,并考虑了测量噪声的影响。数值仿真结果表明,模态应变能基指标可以较好地识别结构的损伤位置,模态应变能等效指标则不仅可以有效地识别结构的损伤位置,而且可以较为精确地识别结构的损伤程度。     

基于模态曲率相关性分析的结构损伤定位方法研究

基于对灰色相关性分析在结构损伤中的已有研究,对基于灰色模态曲率相关性分析的动力损伤识别技术进行了深入研究,首次提出了基于一阶振型数据的损伤定位敏感因子一模态曲率置信因子（MDCAC）,通过该参数的变化曲线,就可以根据不同节点在损伤前、后的模态曲率因子的大小实现对结构的损伤定位。通过悬臂梁的数值分析,验证了模态曲率置信因子（MDCAC）是一个对损伤极为敏感的参数,该参数不仅对单损伤可以准确定位,对于相邻的多损伤、不相邻的多损伤都可以精确识别,即使是小到1％的微损伤也可以通过该参数的变化曲线对损伤单元准确识别。运用该因子进行损伤定位时,只需结构的一阶振型数据,而且不论数据量的多少,该因子都能对损伤单元进行准确的定位,因此该方法在大型结构及复杂结构的损伤识别中具有广阔的应用前景。     

采用应变能方法定量分析输电塔损伤程度

为了解决输电塔结构的损伤识别问题,提出了基于模态应变能变化率和能量方程的两步识别方法。首先利用模态应变能变化率方法进行较为精确的损伤定位,然后引入损伤后的单元刚度矩阵,对结构模态应变能耗散率理论进行了相关的改进研究,从而推导出更精确的损伤定量方程方法。该方法只需要前几阶振型模态,不需要完备的测量信息。数值仿真的结果表明,该两步识别方法可以有效地识别出输电塔结构的损伤位置和程度。     

应变模态法在结构损伤监测诊断的研究

结构的应变模态对于结构损伤具有很高的敏感性，对于及时监测诊断结构的损伤保证结构的可靠性、安全性具有重要意义。本文从理论上研究应变模态的原理和应变模态参数识别方法。     

神经网络法在定量损伤识别研究中的应用

为了探索一种可能的结构损伤在线监测方法,使结构损伤动力识别的研究更具工程实际意义,以工程上常用的截面开口槽形梁为试件,用试验模态分析与神经网络法相结合的方法,研究了位移频响函数指标、应变频响函数指标和模态频率指标在结构损伤定量辨识中的灵敏性。结果证明了神经网络法与试验模态分析技术相结合检测结构损伤的可行性,并指出应变指标对损伤更敏感。此外,指出了对于具有复杂模态的结构无法获取模态的完善信息时,用有限个点、有限个方向的测量数据进行损伤识别是可行的。     

损伤定位中应变模态指标的改进研究

由于传统的应变模态差指标峰值大小随损伤程度而变化,在利用应变模态差指标作为神经网络输入来识别损伤位置时,就很可能产生误判,为消除损伤程度对应变模态差指标的影响,对应变模态差指标进行改进,给予理论证明,并通过悬臂梁数值仿真算例进行验证.验证结果表明,所建议的改进方法指标与理论研究一致.     

层合板层内损伤检测的模态位移不平整系数法

为了准确识别复合材料损伤的位置和程度，提出一种以模态曲率差幂函数为损伤指标的新检测方法.基于ANSYS的APDL语言，应用Shell181单元建立简支层合板模型，并通过Camanho损伤准则构建层内纤维失效模型.利用模态分析获得层合板的固有频率及网格节点模态位移，应用差分法得到曲面的高斯曲率，研究损伤前后高斯曲率差随损伤位置和程度的变化规律.采用高斯曲率差的平方增加峰值与其他区域的差距，将其定义为模态位移不平整系数并进行层内损伤位置和程度检测.结果表明:模态位移不平整系数使损伤位置检测的准确性提高，且随损伤程度的增加而增大.研究结论为改进复合材料层合板层内损伤的无损检测方法提供指导.     

基于振型数据的蜂窝夹芯板损伤检测

以含有结构损伤的四边简支铝制蜂窝夹芯板为研究对象,采用锤击法模态实验提取损伤蜂窝夹芯板的振型数据,并针对蜂窝夹芯板上不同位置、不同程度的损伤,分别采用振型差值、曲率模态和高斯曲率模态三种损伤识别方法进行识别.结果表明:在四边简支铝制蜂窝夹芯板中存在损伤时,结构损伤位置处的振型差值比较明显,说明采用振型差值法对结构损伤进行识别可以准确判定损伤的位置,且在损伤位置准确判定后,可根据该位置已有的差值信息进行损伤程度判定.