基于损伤因子的板架结构损伤识别方法研究

《基于损伤因子的板架结构损伤识别方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、振动与冲击第２９卷第１２期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＶｏｌ．２９Ｎｏ．１２２０１０基于损伤因子的板架结构损伤识别方法研究徐峰，彭海阔，孟光（上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海２００２４０）摘要：用基于损伤因子的损伤识别方法对板架结构损伤进行识别。先将板架结构简化为多个板的组合；基于损伤前后模态振型从应变能角度推导损伤因子的表达式，用通用有限元软件ＡＮＳＹＳ计算两种损伤工况下损伤前后的模态振型，再用Ｂ样条法拟合损伤因子曲面

2、从而对损伤的位置进行识别。最后用实验验证了该方法。该方法对于识别板架结构的单个损伤具有较好的可靠性，并可以为识别多损伤位置提供较好的方法指导。关键词：损伤识别；板架结构；模态振型；损伤因子中图分类号：ＴＵ３１＋９文献标识码：Ａ随着诸如隧道、涵洞等土木结构的广泛应用，其长间有４个厚度均匀的侧壁支撑。左右两侧板厚８ｍｍ，期运行过程中的安全性问题被越来越重视，结构健康中间２块板厚７ｍｍ。管道总长６００ｍｍ，模型的上下，监测技术也由此得到了突飞猛进的发展。很多的工程左右方向几何对称。无论是上下顶板，还是侧板，都具结构具有板架特征，因此讨论板架结构的损伤识别将有典型

3、的板特征。为隧道、涵洞等土木结构的健康监测提供理论基础和参考价值。基于振动的损伤识别方法是一种应用非常广泛的全局损伤识别方法，而基于损伤因子的损伤识别方法是一种简单易行，并且有较高识别效果的一种基于振动的损伤识别方法。对提取得到的数据处理后用一个量来确定损伤的图１结构模型横截面尺寸图位置和程度，这个能够确定损伤位置和程度的量叫损Ｆｉｇ．１Ｓｅｃｔｉｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ伤因子（ＤａｍａｇｅＩｎｄｅｘ）。对于损伤因子的研究，［１］Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ研究了一维梁的损伤识别，并用模态力矩基于该结构的因子（ＭｏｄａｌＭｏｍｅｎｔＩｎ

4、ｄｅｘ）作为识别损伤的物理量。上述特征，本文采用［２］Ｃｏｒｎｗｅｌｌ从应变能为出发点推导出一维梁和二维平图２表示的损伤识板的损伤识别因子，并用实验作了验证。Ｋｉｍ在文献别过程对该结构进［３］中用模态应变能推导出基于频率的损伤识别因子。行损伤识别。在通Ｗａｎｇ在文献［４］中定义了基于模态频率和模态振型得用有限元软件ＡＮ到识别损伤位置和损伤程度的损伤因子ＳＤＩ（ＳｔｏｒｙＳＹＳ中建立无损和ＤａｍａｇｅＩｎｄｅｘ），并用ＳＤＩ评估地震过后建筑的安全程有损模型，有损模型［５－７］度。国内有相关损伤因子的文献，提出解决一维和无损模型的尺寸梁模型的损伤识别的损伤因

5、子。但是至今还没有提出一样，唯一区别就是用损伤因子的方法解决板架结构的损伤识别。有损模型在某个位本文从应变能角度推导出损伤因子，讨论具有板置增加了一个损伤图２结构损伤识别过程示意图架特征的空间工程结构的损伤识别问题。对大型土木孔。并求解两种工Ｆｉｇ．２Ｓｋｅｔｃｈｏｆｄａｍａｇｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ工程结构的损伤识别具有一定的指导作用。况条件下模型的模态参数（振型等）。再将板架结构简化为具有特定约束条件的板组合。对某块板进行单独１板架结构损伤识别的方案分析，提取模态数据并利用损伤因子计算公式，将这块采用的板架结构几何参数见图１，该结构具有上下板上各

6、个单元的损伤因子值用曲面拟合的方法拟合成两个厚度均匀的板元素，板厚１１ｍｍ。上下板元素之损伤因子曲面。同理可以得到其它各块板上的损伤因子曲面。最后，将各块板的损伤因子曲面整合为整个收稿日期：２００９－０５－０８修改稿收到日期：２００９－０６－２７模型的损伤因子曲面。并以此为依据，识别出该结构第一作者徐峰男，硕士，１９８３年生中存在损伤的位置。通讯作者孟光男，教授，１９６１年生第１２期徐峰等：基于损伤因子的板架结构损伤识别方法研究２３Ｄｚａｘｂ２２２２Ｔｏｐｊｋｋ＋１ｊ＋１φｙｉφｙｉ２模型的简化Ｕｉｊｋ＝２∫∫[(２)＋(２)＋ｚａｋｘｂｊｚｘ该结

7、构有上下两个厚度均匀的板元素，上下板元２φ２φ２φ２μ(ｙｉ)ｙｉ＋２（１－μ）(ｙｉ)]ｄｘｄｚ（２）素之间有４个厚度均匀的侧壁支撑，该结构具有典型２(２)ｚｘｚｘ的板特征。并且模型的上下，左右方向几何对称。将有损的单元弹性关系矩阵为Ｄ，模态表达式为ｊｋ该结构简化成顶板、底板以及４块侧板。在分析结构φ，其余参数不变，那么损伤后第ｊｋ个单元由第ｉ阶模ｙｉ的损伤时可以先只研究顶板的损伤情况，进而推广到态引起的应变能公式见（３）：整个结构的其它板面。因此对于简单的三维模型先拆Ｄｚａｘｂ２２２２Ｔｏｐｊｋｋ＋１ｊ＋１φｙｉφｙｉ分简

8、化，对每个板进行分析，得到每块板的损伤因子曲Ｕｉｊｋ＝２∫∫[(２