基于模态的简支梁损伤识别

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1、基于模态的简支梁损伤识别学位类型：学术型学位__________学科（专业学位类别）：土木工程___________作者姓名：张锋作者学号：09010203013导师姓名及职称：谢献忠教授____学院名称：土木工程学院_________论文提交日期：2012年6月5日______学位授予单位：湖南科技大学____DamageIdentificationofFreelySupportedBeambasedonModalParametersTypeofDegreeAcademicDegreeDiscipline(TypeofProfessio

2、nalDegree)CivilEngineeringCandidateZhangFengStudentNumber09010203013SupervisorandProfessionalTitleProfessorXieXianzhongSchoolCivilEngineeringSchoolDateJune5,2012UniversityHunanUniversityofScienceandTechnology学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，

3、本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日

4、摘要土木工程结构的可靠性和安全性关系到国民经济和人民的生命财产安全。结构在服役期间由于受到各种环境因素和荷载因素的影响，容易发生不同程度的损伤，如何准确的识别结构损伤，是结构诊断、评估和加固的前提。对于工程结构，其模态参数（频率、振型、阻尼等）是物理参数（质量、刚度等）的函数，当结构的物理参数发生改变时，其模态参数必然发生变化，结构的模态参数是可以通过仪器测量的，因此通过模态参数的改变来识别物理参数的变化，是基于模态的结构损伤识别的理论基础。本文对工字钢简支梁进行了基于模态的损伤识别，主要进行了以下工作:（1）基于模态的结构损伤识别技术是

5、近几十年来逐步发展起来的工程损伤诊断方法，国内外学者对此进行了大量的研究。本文详细阐述了基于频率、振型、柔度矩阵、能量和小波分析的损伤识别理论。（2）对工字钢简支梁模型进行了数值研究，采用基于频率变化平方比的“逐步定位”法、模态振型曲率差法和模态柔度矩阵曲率差法分别对结构进行了损伤识别。结果表明：使用“逐步定位”法可以较精确的识别简支梁一处损伤的位置，对简支梁发生两处损伤无法进行识别，对一处损伤程度的识别亦不明显；使用模态振型曲率差法可以精确的识别简支梁结构的一处或多处损伤，同时对相同位置处损伤的程度亦可进行定性的判别；模态柔度矩阵曲率差

6、法对简支梁结构的一处或多处损伤的位置均有较好的识别效果，对损伤程度亦可进行定性的判别。在使用模态振型曲率差和模态柔度矩阵曲率差两种方法对简支梁结构进行损伤识别时，采用1阶模态的识别效果要好于高阶模态。（3）对三根工字钢简支梁进行了试验分析。当简支梁发生一处损伤时，采用基于频率变化平方比的“逐步定位”法对其进行损伤识别，识别结果较好的验证了数值分析的结论。对简支梁损伤进行“逐步定位”时，试验测得结构的前3阶频率，绘制频率变化平方比图，然后将模型结构分成3个单元，模拟每个单元的损伤，绘制各单元损伤时的频率变化平方比图形，定位损伤所处的单元；然

7、后将损伤单元进一步划分为3个单元，模拟各单元损伤，进一步定位损伤所处的单元；如此逐步细分下去。当原结构划分为81个单元时，精确的定位了损伤的位置，识别效果较好，误差范围在3%以内。关键词：损伤识别；频率变化平方比；逐步定位；振型曲率差；柔度矩阵曲率差IABSTRACTThereliabilityandsafetyofcivilengineeringstructurerelatedtotheeconomyofannationandthesecurityofpeople'slifeandproperty.Duringtheenlistment

8、ofthestructure,undertheinfluenceofenvironment,loadandsoon,thestructurecomeintobeingdamageofdiffe