使用結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)參數(shù)進行結(jié)構(gòu)損傷識別,首先推導(dǎo)和建立了位移響應(yīng)協(xié)方差參數(shù)的解析公式,它是結(jié)構(gòu)頻率、振型和阻尼等模態(tài)參數(shù)的函數(shù)。通過理論推導(dǎo)發(fā)現(xiàn),在一定損傷程度范圍內(nèi),位移響應(yīng)協(xié)方差參數(shù)變化比值只與損傷位置有關(guān),受損傷程度的影響較小。結(jié)合模式匹配法,使用模態(tài)置信準則得到各種可能損傷狀態(tài)下的置信準則值,找出變化比向量最匹配(置信準則值最大時所對應(yīng)的損傷狀態(tài)),即為識別出來的損傷。本文對一個三跨連續(xù)梁進行數(shù)值模擬來驗證該方法的有效性。通過算例發(fā)現(xiàn):與損傷單元有關(guān)的位移響應(yīng)協(xié)方差參數(shù)變化比值最大,相同損傷位置、不同損傷程度時,變化比向量之間具有大于0.99的置信準則值;而不同損傷位置、相同損傷程度的變化比向量之間的置信準則值則較低。最后進行了損傷工況研究,成功識別出了損傷位置,表明該方法是有效的。對于實際工程結(jié)構(gòu),可以通過位移響應(yīng)(或加速度積分得到位移)協(xié)方差參數(shù)變化比值的連續(xù)監(jiān)測來預(yù)警結(jié)構(gòu)損傷的發(fā)生。本文提出的方法無需結(jié)構(gòu)模型,計算簡便,具有較好的工程應(yīng)用性。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2020年04期 北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

三跨連續(xù)梁Fig.1Three-spancontinuousbeam

?硎腔?諛Ｌ?瞇拋莢?(MAC)，公式為T2TT()MAC()()iiiiVVVVVV(16)式中T()為向量轉(zhuǎn)置。假定結(jié)構(gòu)有ne個單元，那么將會有ne個MAC值，即12[MAC,MAC,,MAC]ne，最大的MAC值所對應(yīng)的單元即為損傷單元。5三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬對如圖1所示的三跨簡支連續(xù)鋼梁進行數(shù)值模擬。結(jié)構(gòu)參數(shù)和約束情況如下：梁截面面積22A1.2510m，彈性模量E=0.2GPa，材料密度3=7827kgm，截面慣性矩I2.604102m4。結(jié)構(gòu)的有限元建模如圖2所示，將三跨連續(xù)梁劃分為62個桿單元和63個節(jié)點，每個單元長均為50cm，每個節(jié)點有2個自由度，即一個豎向和一個轉(zhuǎn)動向的自由度，共126個自由度，節(jié)點和單元的排列次序為從左至右。四個豎向處的約束都用剛度矩陣中對應(yīng)自由度處加大剛度91.010來等效代替。在結(jié)構(gòu)第26個節(jié)點處施加一個豎直方向的三角激勵。假定有12,,,nlll處的n個“測點”位移響應(yīng)需要模擬計算，采用Newmark數(shù)值算法計算結(jié)構(gòu)在給定荷載下的位移響應(yīng)，采樣頻率為2000Hz，共計算2s的響應(yīng)數(shù)據(jù)，每個“測點”得到4000個數(shù)據(jù)，然后利用公式(4)得到CoD，最終得到結(jié)構(gòu)未損傷狀態(tài)時各測點的CoD向量12[,,,]nlCCC，并對該向量進行歐拉范數(shù)歸一化處理，即12122[,,,][,,,]nnllCCCCCC，以消除激勵大小的影響。圖1三跨連續(xù)梁Fig.1Three-spancontinuousbeam圖2三跨連續(xù)梁有限元模型(單位：cm)Fig.2Finiteelementmodelofthree-spancontinuousbeam(unit：cm)為了模擬計算結(jié)構(gòu)損傷后的振動參數(shù)，引入一個簡單的損傷模型，結(jié)構(gòu)中的局

1788應(yīng)用力學(xué)學(xué)報第37卷點上安置一個傳感器，那么總共有63個測點，可得到各單元的CoD，把結(jié)構(gòu)損傷后的CoD向量減去未損傷狀態(tài)時的CoD向量，可以得到CoD的改變向量1262[C,C,,C]，進一步計算得到變化比向量如下。236234626211122261[,,,,,,,,,]CCCCCCCCCCCCCCV(18)該向量中總共有(161)6118912個分量，如圖3所示。圖3第30單元剛度減少20%時CoD變化比分布Fig.3ThedistributionofCoDchangeratioswith20%stiffnessreductionof30thelement從圖3中可以看到第869個分量的比值最大，對應(yīng)3017CC，說明最大的變化比值跟損傷位置有關(guān)。再模擬第48單元有20%的剛度減少，進行同上的計算，得到圖4所示的CoD變化比向量，最大變化比值出現(xiàn)在第281和337個分量，它們分別對應(yīng)485CC和486CC，都與損傷單元有關(guān)。圖4第48單元剛度減少20%時CoD變化比分布Fig.4ThedistributionofCoDchangeratioswith20%stiffnessreductionof48thelement5.2相同損傷位置、不同損傷程度時的CoD變化比向量假定第10單元發(fā)生損傷，單元剛度首先減少5%，然后以5%的速度遞增直到減少50%，共10個不同損傷狀態(tài)。計算各個狀態(tài)各測點的位移響應(yīng)，根據(jù)式(4)計算各測點的CoD值，再減去未損傷時對應(yīng)測點的CoD值，得到CoD變化值以及每個損傷狀態(tài)下的CoD變化比向量，共計10個損傷向量1V,,10V，上標表示結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)；然后計算這10個CoD變化比向量相互之間的MAC值，即T2TT()MAC()()ijijiijjVVVVVV，得到共計1

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于改進粒子群優(yōu)化粒子濾波的結(jié)構(gòu)損傷識別[J]. 李磊,張純,宋固全.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2018(05)
[2]基于連續(xù)抗彎剛度模型的裂紋梁動力指紋損傷識別[J]. 馬愛敏,張治君,李群.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[3]呼吸裂縫梁基于奇異譜熵的損傷識別方法研究[J]. 任宜春,陳義龍.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[4]考慮數(shù)據(jù)不確定性的結(jié)構(gòu)損傷識別Bootstrap-BCa法[J]. 駱勇鵬,黃方林,魯四平,伍彥斌.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2017(03)
[5]基于應(yīng)變脈沖響應(yīng)協(xié)方差的損傷識別方法研究[J]. 李雪艷,張惠民.  力學(xué)學(xué)報. 2017(05)
[6]基于改進蜂群算法的結(jié)構(gòu)損傷識別[J]. 丁政豪,劉濟科,呂中榮.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2017(01)
[7]基于加速度二次協(xié)方差矩陣參數(shù)變化比法的環(huán)境振動下結(jié)構(gòu)損傷識別[J]. 王立新,李雪艷,姜慧,朱嘉健.  振動與沖擊. 2016(08)
[8]環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別方法綜述[J]. 劉宇飛,辛克貴,樊健生,崔定宇.  工程力學(xué). 2014(04)
[9]頻率變化平方比向量確定結(jié)構(gòu)損傷位置[J]. 董五安,楊世浩.  噪聲與振動控制. 2013(03)
[10]基于結(jié)構(gòu)振動損傷識別技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進展[J]. 王術(shù)新,姜哲.  振動與沖擊. 2004(04)

博士論文
[1]土木工程結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別[D]. 禹丹江.福州大學(xué) 2006
[2]基于振動的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究[D]. 謝峻.華南理工大學(xué) 2003



本文編號：2938918