拉索作為輕質(zhì)高強的關(guān)鍵傳力構(gòu)件,在土木結(jié)構(gòu),尤其大跨度柔性橋梁中發(fā)揮著巨大作用。這些結(jié)構(gòu)在惡劣、復(fù)雜環(huán)境下長期服役,難免因腐蝕、疲勞等因素發(fā)生局部損傷,危及整體結(jié)構(gòu)的安全可靠性。因此,準確識別拉索的局部損傷,對結(jié)構(gòu)后期維護至關(guān)重要�；趧恿Φ慕Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測對客觀條件要求較低,測試信息量大,具有較強的抗干擾能力,然而眾所周知,低階模態(tài)表征結(jié)構(gòu)整體特征,對局部損傷的敏感性不足。針對該問題,本文基于拉索彎曲波,提出了適用于拉索局部損傷識別的新理論方法。首先,從拉索的橫向運動微分方程出發(fā),推導(dǎo)了拉索中的彎曲波頻散特征。通過對Euler-Bernoulli拉索、Timoshenko拉索、彈性耦合鋼絲的頻散關(guān)系研究及其參數(shù)討論,證實了索力、抗彎剛度、剪切剛度、鋼絲法向接觸分別在模態(tài)參數(shù)、彎曲波、剪切波、導(dǎo)波中的主導(dǎo)地位,并給出了波傳播模式與結(jié)構(gòu)幾何尺度之間的關(guān)系。通過提出基于波長的頻段劃分方法,為用于拉索局部損傷識別的彎曲波頻段選取提供初步理論依據(jù);在拉索頻散關(guān)系的基礎(chǔ)上,從頻域解析解出發(fā),推導(dǎo)了拉索譜元矩陣,應(yīng)用于拉索彎曲波傳播分析,解決了傳統(tǒng)有限元高頻分析因單元劃分與時間步長限制而導(dǎo)致巨大計算量... 

【文章頁數(shù)】：215 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 選題背景
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 基于模態(tài)參數(shù)的損傷識別
        1.2.2 基于彈性波傳播的損傷識別
    1.3 本文核心思想
    1.4 本文概述
        1.4.1 技術(shù)路線
        1.4.2 主要研究內(nèi)容
第2章 拉索中的彎曲波傳播特性
    2.1 EULER-BERNOULLI理論
        2.1.1 基本方程
        2.1.2 頻散關(guān)系
        2.1.3 數(shù)值算例
    2.2 TIMOSHENKO理論
        2.2.1 基本方程
        2.2.2 頻散關(guān)系
        2.2.3 數(shù)值算例
    2.3 彈性耦合理論
        2.3.1 基本方程
        2.3.2 頻散關(guān)系
        2.3.3 數(shù)值算例
    2.4 桿系結(jié)構(gòu)動力頻段劃分概念
        2.4.1 引言
        2.4.2 基于幾何尺度的頻段劃分
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于有限元-譜元結(jié)合的拉索彎曲波分析方法
    3.1 引言
    3.2 基于LAPLACE變換的拉索譜單元開發(fā)
        3.2.1 拉索橫向運動的譜元矩陣推導(dǎo)
        3.2.2 3D譜元矩陣與整體譜方程
    3.3 基于有限元-譜元結(jié)合的分析方法
        3.3.1 FESEM程序編制
        3.3.2 有限元-譜元模型映射關(guān)系
        3.3.3 截面積修正
    3.4 數(shù)值算例1–單根水平拉索
        3.4.1 拉索靜態(tài)模型
        3.4.2 頻響函數(shù)分析
        3.4.3 自振頻率分析
        3.4.4 彎曲波傳播分析
    3.5 數(shù)值算例2–斜拉-桁架結(jié)構(gòu)
        3.5.1 模型簡介
        3.5.2 初始靜力狀態(tài)
        3.5.3 拉索彎曲波傳播分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 基于解析模型修正的拉索內(nèi)力識別方法
    4.1 引言
    4.2 拉索靜力狀態(tài)的簡化解析求解
        4.2.1 基本方程
        4.2.2 忽略重力弦向分量
        4.2.3 忽略抗彎剛度項
        4.2.4 算例驗證
    4.3 基于廣義邊界子結(jié)構(gòu)的索力識別
        4.3.1 基本理論
        4.3.2 抗彎剛度修正
        4.3.3 數(shù)值穩(wěn)定性
        4.3.4 索力識別總體流程
    4.4 數(shù)值模擬實驗
        4.4.1 含索夾傾斜拉索錘擊響應(yīng)
        4.4.2 響應(yīng)測試與信號處理
        4.4.3 子結(jié)構(gòu)索段軸力識別
        4.4.4 誤差分析
        4.4.5 基于靜態(tài)簡化解析解的模型修正
    4.5 本章小結(jié)
第5章 損傷拉索動力響應(yīng)的波分量分解
    5.1 從模態(tài)分解到波分量分解
    5.2 彎曲波在不連續(xù)點的反射與透射
        5.2.1 分段解析模型
        5.2.2 數(shù)值算例1–損傷界面反射與透射
    5.3 含局部損傷的有限長拉索–自由振動與端點激勵
        5.3.1 分段解析模型
        5.3.2 位移控制邊界
        5.3.3 數(shù)值算例2-特征值問題
        5.3.4 吸收邊界(半無限長拉索)
        5.3.5 數(shù)值算例3-端點激勵的半無限長拉索
    5.4 受集中力激勵的損傷拉索
        5.4.1 分段解析模型
        5.4.2 數(shù)值算例4–受集中力激勵的損傷拉索
    5.5 本章小結(jié)
第6章 基于近場波分量的拉索損傷識別
    6.1 基于局部觀測的損傷判別指標
        6.1.1 基于信號變換的波分量系數(shù)識別
        6.1.2 子結(jié)構(gòu)索段反射系數(shù)估計
    6.2 數(shù)值模擬實驗1-基于錘擊激勵的拉索損傷識別
        6.2.1 拉索模型
        6.2.2 實驗步驟
        6.2.3 信號變換與反射系數(shù)估計
    6.3 數(shù)值模擬實驗2–關(guān)于參數(shù)偏差與觀測噪聲的討論
        6.3.1 索力偏差
        6.3.2 抗彎剛度偏差
        6.3.3 測點間距偏差
        6.3.4 觀測噪聲
    6.4 數(shù)值模擬實驗3–同時考慮參數(shù)偏差與觀測噪聲
    6.5 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
致謝
參考文獻
攻讀博士期間發(fā)表的論文及參加的科研項目
附錄


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]利用超聲導(dǎo)波進行管道裂紋檢測的數(shù)值模擬和實驗研究[D]. 程載斌.太原理工大學 2004



本文編號：3674053