基于有限元模型修正及结构破损识别方法研究

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1、⑧保密★2年申请同济大学工学硕士学位论文有限元模型修正及结构破损识别方法研究培养单位：一级学科：二级学科：研究生：指导教师：土木工程学院土木工程结构工程黄征王人鹏副教授二Oo七年三月Adissertationsubmittedto保密-k2年TongjiUniversityinconformitywiththerequirementsforthedegreeofMasterofPhilosophyFEMupdatingandStructuredamageaeteCtIOnmetnOaReSearCn一■■■■■I■School／Department：Schoolof

2、CivilEngineeringDiscipline：CivilEngineeringMajor：StructuralEngineering一Candidate：HuangZhengSupervisor：Prof．Ren—PengWangMarch，2007学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家

3、有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：年月日同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月摘要．精细适宜的结构动力学数学模型对工程结构的动力响应预测、振动控制、结构状

4、态评估和健康检测都具有十分重要的意义。国际上自六十年代开始对有限元模型修正方法及结构破损诊断方法的研究以来，产生了大量的研究文献，构成了数字样机技术的核心理论之一。目前已在航天、航空及汽车等行业得到广泛的应用。面向大型土木工程领域的相关研究，目前在国际上已经成为力学研究的热点之一，国内有关的研究才刚刚起步。本文开展了对有限元模型修正方法及结构破损识别方法的研究。有限元模型修正方法可以粗分为两个大类，第一类是修正结构的有限元模型，最具有代表性的应该是Berman／Baruch方法。第二类是直接修正结构的设计参数，即结构的几何特性和物理特性参数，如弹性模量等参数。比较具

5、有代表性的是物理矩阵展开法，特征对展开法，摄动法等。本文比较详细地阐述了有代表性的有限元模型修正方法，针对Berman算法，实现了一个简单的数值算例，初步验证了Berman算法所具有的精度高，执行容易，修正后矩阵失去带状性等特点。结构的健康检测及破损诊断是一门新兴的交叉科学技术。目前结构破损诊断有多种方法，本文开展了一种基于应变变化测量的结构破损诊断方法研究。该方法认为在恒荷载作用下，破损后内力重分布，引起应变变化，通过应变变化的识别，可以定位结构构件破损位置及破损程度。该方法有以下优点：首先，结构的破损识别过程仅仅需要结构的静态应变测量，与结构动态响应测量过程比较

6、，更加简单、可靠，同时可以简化了数据收集和存储处理过程；其次，利用结构的自重进行响应激励，减少了昂贵和复杂的加载过程。本文建立了一端固接、一端简支的梁的解析破坏模型，将结构构件破损描述定量化、参数化。这样，可以得到在各种破损情况下，梁上各个位置的应变情况，当假设破损参数接近实际破损情况时，实际测量应变与梁破坏模型预测的应变之间差值将最小。借助于优化算法，可以得到最优的破损参数，即最接近实际破损情况的破坏参数。基于本文推导的解析破坏模型，编制了有关计算程序，数值算例初步验汪了该解析破损模型的有效性。本文研究梁的解析破损模型应用于框架等结构的可能性。在应用于框架等结构的

7、破损模型时，该方法只需定义两个破损参数，即破损位置即单元号i和破损程度口。在不考虑地震和风荷载情况下，大型摘要土木结构的基本荷载之一是恒荷载，在许多情况下活荷载效应相对于恒荷载效应不明显。因此，该方法在土木结构破损识别中有着潜在的应用可能性。关键词：有限元模型修正方法结构破损识别方法结构破损模型梁的解析破损模型hascausedgreatattentionandimprovedrapidly．Nowthismethodisusedinaircraftandcivilengineeringwidely．Becauseofthedifferencebetweenth