基于振动信息的钢管混凝土拱桥吊杆损伤识别研究

《基于振动信息的钢管混凝土拱桥吊杆损伤识别研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、汕头大学硕士学位论文1.2.1.2模型匹配法该方法首先要获得相应的损伤方案，然后计算相应方案的指标值，并通过与实际损伤的测量值相比较，其中最吻合的一组为可能损伤。损伤方案的获得可以通过两种途径：一是根据实际结构，实测其不同损伤或故障对应的动力特性；二是通过有限元模型计算不同损伤对应的动力特性。对于机械系统，常可用第一种方法；对于土木工程等大型结构，一般采用有限元计算的结果，主要是因为对实际结构常常不可能实测损伤对应的动力特性。固有频率和振型可直接作为损伤匹配指标，也可以应用建立相应的损伤标示量。Cawley和Adams[18]提出结构发生损伤时，如果质量不变，则损伤引起的两阶模态i和j对

2、应的固有频率的改变量之比仅是损伤位置的函数，与损伤程度无关。因此采用该比值作为损伤指标，定义了一个总体匹配误差，并从相应数据库中寻找某个损伤实例使匹配误差最小，则可以认为实际损伤与该损伤例子是相同的。Yuen[19]在研究悬臂梁振动时，把模态振型分解为平动位移振型和转动位移振型，构造了两个标示量。在比较测量标示量及方案标示量的吻合方法上，通常使用的方法是最小二乘法，也有人建议用反向传播前馈型多层神经网络的BP网络建立损伤和标示量的映射关系。Messina[20]提出了基于灵敏度和统计的方法，称为多损伤位置保证准则。该准则从模态保证准则发展而来，但主要是用以比较损伤方案和测量值的相似程度。

3、该方法的困难在于损伤方案的获取，实际应用较为困难。如能够获取精确的损伤方案。则识别效果较好。1.2.1.3模型修正方法模型修正方法运用于结构损伤识别时，假定结构的有限元模型能够代表结构真实的动力特性。如果损伤发生，则损伤区域对应着结构有限元模型物理参数将发生变化。结构有限元模型已经不适合新的测量结果，要对原模型进行修正细化。修正过程中发现的不对应部分也就意味着出现损伤。该方法属于数学上的反演问题。由于测量的模态较少，方程数少于未知数，则是不定问题，可通过附加数学约束或物理约束来求解方程。Stubbs[21]提出的全局破损评估法仅利用固有频率，方程表述为特征值等于刚度参数相对变化乘以灵敏度

4、矩阵。而目前大多数方法采用同时利用固有频率和模态振型信息的残余力方程识别损伤。常用的约束条件有矩阵的对称性、稀疏性及正定条件。求解方法有三类，分别为矩阵优化修正法、灵敏度法和特征结构配置法[22]。4汕头大学硕士学位论文1.2.1.2无模型识别方法无模型识别方法是通过分析比较直接从振动相应的时程或者相应的傅氏变换或其他变换得到的特征量，从而识别损伤的方法。该方法被成功的应用到检测转动机械损伤的存在、位置、类型以及程度。无模型识别方法包括频域法、时域法和时频分析法。频域方法有傅里叶谱分析、多谱分析、到谱分析[23]。时域方法有自回归滑动平均ARMA模型、卡尔曼滤波算法等一系列方法[24]。

5、时频分析方法还包括有小波分析等方法，而小波分析常用于研究从非平稳信号检测机器损伤。总之，损伤指标识别法，通过比较结构损伤前后的指标变化确定损伤；模型匹配法主要是根据已有的各种损伤方案(通过实验总结或者分析计算得出)，比较测量结果和损伤方案所预示的结果，最接近的损伤方案为识别损伤状态；模型修正方法，通过测量结果反向识别出刚度、质量、阻尼及荷载变化，从而判别出结构的损伤；无模型识别方法不使用与结构模型相关的特征量，从振动的时程、频谱或者时域分析推导而来，在机械系统损伤识别中应用较广，但在结构损伤识别中应用较少。1.2.2结构损伤动力识别的参数结构损伤识别时，需要利用各种动特性参数，如频率、位

6、移模态、曲率模态、应变能、频率响应函数以及柔度矩阵等等。由于各种参数对损伤的敏感程度不同，而且其本身测量的精度和难易程度也有所不同，因此在实际应用中要根据具体结构与使用环境来恰当选择。1.2.2.1频率固有频率是模态参数中最容易获得的一个参数，且测量精度高。其特点是：认为结构发生损伤时，仅结构的刚度降低，忽略结构质量的变化，利用频率变化与损伤的相关性来识别损伤。Cawley和Adams[25]最早利用频率数据进行结构损伤识别，通过特征值对结构物理参数的灵敏度分析，得出任意两阶频率的变化比只与损伤位置有关，与损伤程度无关。该法主要使用其比值（/δωδω）与损伤位置的对应关系来定位损伤。Y.

7、Narkis[26]在1992ij年，用一简支梁推导得到相对频率变化比（(Δw/w)（/Δw/w））只与损伤位置有关，与损2211伤的尺寸、形状及梁的性质无关。谢峻、韩大建[27]则对Stubbvs和Osegueda提出的频率识5汕头大学硕士学位论文别方法进行了综合评述,并采用了迭代逼近的方法对其进行了改进,并在连续三跨梁上进行了模拟仿真。SalawuOS[28]则对基于频率的识别方法进行了综合研究,认为频率可用于结构的整体检测,它