应变模态在斜拉索损伤诊断中的应用

应用应变模态方法对斜拉索的损伤识别进行了研究.通过对斜拉索在不同损伤工况下的数值仿真计算,探讨了应变模态方法用于斜拉索损伤识别的能力.结果表明:利用应变模态差曲线能准确识别斜拉索的损伤位置.并且,应变模态差曲线在斜拉索损伤单元处的跳跃幅值随单元损伤程度的增加而增大.所以,应变模态是对结构进行损伤诊断的较理想的损伤识别指标.     

基于应变模态差的管道损伤识别仿真

对具有一定程度损伤的管道,常规的结构有限元分析或实验模态分析得到的位移模态和固有频率难以有效反映管道的损伤状况.为了提高诊断的有效性及可靠性,采用结构损伤前、后的单元应变模态差作为管道损伤定位的识别指标.利用有限元分析软件Ansys对同一单元不同程度损伤、同程度多损伤的管道进行数值模拟分析,提取不同状况下的应变模态分别与正常状况下的应变模态进行差值分析.结果表明,应变模态差的方法能够较好地对管道的单损伤和多损伤位置进行识别.     

基于应变模态分析的长输油气管线损伤检测仿真研究

基于应变模态方法，运用有限元分析软件ANSYS对石油工业中的压力管道损伤识别进行了初步的研究。ANSYS的模态分析可以求得结构在损伤前后的位移模态，将其转换为对应阶数的应变模态，并对比应变模态损伤前后的变化，作出应变模态差值曲线以此来判断损伤的存在和位置以及损伤程度。计算结果表明：利用应变模态差值曲线能比较准确地识别出管道结构模型的损伤存在和损伤位置，并依此定性地识别出管道结构模型的损伤程度。采用此方法进行管道结构进行损伤识别比传统的损伤检测方法更加准确、方便。     

基于应变模态差和神经网络的管道损伤识别

应变模态差对结构微小损伤具有很高的敏感性且对结构损伤处具有较高的定位识别率,故在工程实际中可以利用其对管道进行损伤识别。然而,应变模态差只能定性地反映结构的损伤程度,并不能直接量化损伤结构的损伤程度,故采用神经网络和应变模态差相结合的方法对损伤管道进行损伤位置和损伤程度的识别。利用有限元分析软件ANSYS进行模态分析提取管道的应变模态参数,并把管道损伤前后的应变模态差作为神经网络的输入参数,以损伤位置和损伤程度作为神经网络的输出参数,对损伤管道分别进行单损伤和双损伤的损伤定位和程度识别。研究结果表明,利用应变模态差和神经网络相结合的方法能够准确识别出管道的损伤位置以及损伤程度。     

基于应变模态的模态应变能损伤识别方法

传统模态应变能计算需要完备模态振型信息,而模态振型信息中存在转角自由度难以准确获取的问题,为解决该问题,开展基于应变模态的模态应变能损伤识别研究,实现了结构损伤的定量识别。首先,通过基于应变与位移之间的联系,推导出应变模态与位移模态之间的转换矩阵;其次,利用应变模态代替位移模态计算单元模态应变能,建立基于灵敏度分析的损伤识别方程组;最后,根据奇异值截断法求解该方程组识别结构损伤。以一两端固支梁结构为对象,开展数值仿真和实验研究。结果表明,该方法可以有效识别出结构的损伤位置和损伤程度,相对于基于振型扩充的模态应变能损伤识别方法,具有更好精度和抗噪性能。     

利用单元模态应变能法的地下框架结构损伤诊断

基于地下框架结构损伤前后动力特性的分析,证明了模态应变能变化对单元损伤的敏感性。选择单元模态应变能变化率作为人防结构损伤诊断的标识量,证明了多位置损伤状态下产生的单元模态应变能变化率是单位置损伤状态的叠加,并提出了应用组合优化求解结构多位置损伤诊断的方法。以一典型的人防工程为算例,通过对其在不同损伤情况下计算结果的分析和讨论,说明所提出方法是有效可行的,它不仅可以准确完成人防结构的损伤诊断,并且简化了损伤诊断过程。     

利用单元模态应变能法的地下杠架结构损伤诊断

基于地下框架结构损伤前后动力特性的分析,证明了模态应变能变化对单元损伤的敏感性.选择单元模态应变能变化率作为人防结构损伤诊断的标识量,证明了多位置损伤状态下产生的单元模态应变能变化率是单位置损伤状态的叠加,并提出了应用组合优化求解结构多位置损伤诊断的方法.以一典型的人防工程为算例,通过对其在不同损伤情况下计算结果的分析和讨论,说明所提出方法是有效可行的,它不仅可以准确完成人防结构的损伤诊断,并且简化了损伤诊断过程.     

基于应变指标的微弱损伤识别的实验方法

针对位移指标对微弱损伤不敏感的特点,研究了基于应变模态的损伤识别方法。该指标从应变模态参数识别着手,获得低阶应变模态振型,构造应变模态差,达到了结构微弱损伤的识别目的。通过与位移指标对比,实验表明该指标能通过应变模态振型和应变模态差准确识别微弱损伤的位置和损伤的程度。     

基于模态应变能比与神经网络的复合材料结构损伤辨识

从结构动力学特性入手，以模态应变能比作为表征结构损伤的标识量，对含损伤的复合材料机翼结构进行损伤辨识仿真，通过神经网络建立起损伤标识量和损伤状态之间的映射模型。仿真结果表明，模态应变能比对结构损伤位置和损伤程度都比较敏感，是一种有效的损伤标识量。神经网络可准确地识别出结构的损伤位置和损伤程度，应用于损伤识别是有效的。     

基于模态应变能的损伤追踪及程度识别方法研究

为降低损伤识别系统的成本,基于有限元建模及模态分析技术,提出了一种损伤追踪及其程度识别的方法。定义了一种基于模态应变能的损伤指标,追踪损伤的发生与扩展;提出了对损伤范围逐步定位的方法,通过改变传感器的数量、位置,逐步逼近损伤的扩展范围;采用基于灵敏度分析的修正方法,以试验测得低阶模态应变能为目标响应,以残余弹性模量表征各单元的局部损伤程度。使用一组带有不同裂纹的矩形板验证了该方法的有效性,试验结果表明:该方法能够有效追踪损伤的突变时间、扩展范围及局部损伤程度。     

Development of scanning damage index for the damage detection of plate structures using modal strain energy method

This work presents a novel approach of nondestructive detection of damage in plate structures by using experimental modal analysis (EMA) and modal strain energy method (MSEM). An aluminum alloy 6061 thin plate with a surface crack is investigated in this study. EMA is conducted on the plate to obtain the mode shapes before and after damage. The modal displacements of each mode shape are then used to compute the modal strain energy. For all measured mode shapes, a damage index is defined by using the ratio of modal strain energies of the plate before and after damage. In fact, small damage causes very little change in system response, but it is an essential early warning of structure damage. As the second-order derivatives, modal strain energy is much more sensitive to the small change of structural response than frequencies and mode shapes. It is therefore feasible to approach the small damage by using a damage index defined by fractional MSE of the structure before and after damage. In this study, a scanning damage index (SDI) is developed by moving damage indices obtained from the local area throughout the structure as if a scanning sensor is used to inspect the structure. The damage indices in overlap areas are added up and the summation may intensify the signals of damage in the plate. Limited by the numbers of measured point, a differential quadrature method is employed to calculate the partial differential terms in strain energy formula. Experimental results show that SDI well identifies a surface crack location by using only few measured mode shapes of the aluminum plate. This novel approach provides a flexible, cost-effective, and nondestructive damage evaluation in either local or global structure. Its applicability to different types of structures and different sizes of damage is to be experimentally validated in the future work.     

基于曲率模态的木梁损伤定量识别

为对木结构构件局部缺陷进行 有效检测,结合试验模态分析和有限元模拟方法,对含不同位置、大小和数量孔洞缺陷的木梁 进行研究,计算其第1阶位移模态振型和曲率模态,分析木梁损伤前后的曲率模态变化,探讨 模态分析方法在木材缺陷检测中的适用性。研究结果表明:曲率模态是一个对木梁损伤比较 敏感的参数,可用于对孔洞位置、大小及数量进行定量的估计;通过降低有限元模型局部单 元的弹性模量能够较好地模拟木梁损伤,有限元模态分析和试验模态分析得到的位移模态振 型及曲率模态吻合均较好,验证了模态分析对木梁无损检测是一种有效的方法。     

基于模态参数识别的塔式起重机金属结构损伤检测有限元方法

以塔式起重机的一个标准节为研究对象,采用有限元软件对其金属结构进行了模态分析,分析了金属结构损伤位置和模态参数之间的关系,推导出了表征系统损伤位置的系统损伤矩阵表达式。并在Msc.Patran软件上进行了建模仿真,通过测量该模型系统的模态参数,利用损伤矩阵找出了结构的单一和多重损伤,验证了该方法的在该结构上的可行性。     

基于模态柔度曲率差的弯管结构损伤识别

为对弯管结构进行无损检测,结合有限元模拟和实验模态分析方法,对具有不同位置和程度的损伤弯管结构进行研究,计算和分析其模态柔度曲率差,探讨模态分析方法在弯管结构损伤检测中的适用性。研究结果表明：弯管结构的模态柔度具有方向性,弯管所在平面x,y方向柔度求解的模态柔度曲率差不能对弯管进行损伤识别;垂直弯管所在平面z方向柔度不仅可以对弯管进行单处、多处的损伤定位,而且可以对同一位置的损伤程度进行定量分析。     

An experimental study on damage detection of structures using a timber beam

Using vibration methods for the damage detection and structural health monitoring in bridge structures is rapidly developing. However, very little work has so far been reported on timber bridges. This paper intends to address such shortcomings by experimental investigation on a timber beam using a vibration based method to detect damage. A promising damage detection algorithm based on modal strain energy was adopted and modified to locate/evaluate damage. A laboratory investigation was conducted on a timber beam inflicted with various damage scenarios using modal tests. The modal parameters obtained from the undamaged and damaged state of the test beam were used in the computation of damage index, were then applied using a damage detection algorithm utilising modal strain energy and a statistical approach to detect location of damage. A mode shape reconstruction technique was used to enhance the capability of the damage detection algorithm with limited number of sensors. The test results and analysis show that location of damage can be accurately identified with limited sensors. The modified method is less dependent on the number of modes selected and can detect damage with a higher degree of confidence.     

一种基于多场景模式的结构损伤鉴定方法

结构损伤会直接影响结构模态参数的变化,但是如何利用结构模态参数的变化找到结构损伤部位及损伤级别是一项具有挑战性的工作,因为结构损伤鉴定是一个具有高度不确定性的反问题.文中提出了基于多场景模式的损伤鉴定方法,它通过预设较少的损伤场景来克服这一问题:首先建立一个高置信度的有限元模型,然后利用该模型预测不同损伤模式对结构模态参数的影响,最后将结构损伤鉴定问题转化为各场景模式对模态参数变化影响的合成问题.文中还通过简单实例完成了方法验证.     

Numeric simulation for structure’s damage identification of space truss

Damage detection by using the changes of dynamic parameters is a conventional damage diagnosis method, however, some indices are not sensitive enough to the most structural damages. In this study, the analytical data of displacement modes of truss structure are obtained by using the finite element analysis sof—ANSYS. The mode analysis technique for the axial strain change of any stick is used to detect the steel trusses with different damages. The analytical results show that the damage location and degree of the truss stick can be effectively diagnosed by means of the axial strain change.