识别简支梁钢桥损伤的仿真分析

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1、识别简支梁钢桥损伤的仿真分析摘要：简述桥梁健康监测的目的和意义，介绍了经验模态分解（EMD）的原理及波形指数的概念。为了研究桥梁结构的健康监测问题，在有限元理论基础上，运用有ANSYS软件，建立与试验室试件相对应的简支钢梁有限元模型。在模拟的时间-位移关系曲线基础上，经Hilbert-Huang变换和传统时幅域分析中的波形因数相结合，通过加瞬时激力于跨中，得到各位置处的指标值及变化率，识别了损伤位置和损伤程度。中国7/vie　　Abstract：Thepurposeandsignificanceofbridgehealthmonitoringisdescribedinthispaper.Pri

2、ncipleofempiricalmodedeposition（EMD）andconceptofshapefactorareintroduced.Inordertostudythehealthmonitoringofbridgestructureproblem，basedonthefiniteelementtheory，thispaperusestheANSYSsoftentmodelofsimplesupportedbeamsteelcorrespondingtolaboratoryspecimen.Basedonsimulatedtime-displacementrelationcurve

3、，throughthebinationofHilbert-Huangtransformandtheshapefactorintraditionalamplitudedomainanalysis，theparametervaluesandchangerateofeachlocationaregotbyaddinginstantaneousexcitationforce，andthedamagelocationanddamagedegreeareidentified.　　关键词：希尔伯特-黄变换；波形指数；经验模态分解　　Key；ShapeFactor；EmpiricalModeDepositio

4、n　　中图分类号：U446文献标识码：A：1006-4311（2017）15-0134-02　　0引言　　桥梁是国家的生命线工程，是国民经济发展必不可少的基础设施，桥梁结构在生产和生活中的地位和作用是举足轻重的。通过在对桥梁结构的健康监测，可以在早期发现桥梁的安全隐患，采取修护措施，有效避免造成的更大经济损失。对桥梁进行健康监测利国利民，意义重大。本文结合桥梁检测中的问题，对桥梁结构损伤识别进行仿真模拟分析。　　1EMD原理及波形因数　　如今希尔伯特-黄[1]变换（Hilbert-HuangTransform，简称HHT）已被广泛应用到工程各个领域[2]。HHT的关键――模态分解法（EMD）能

5、将信号的各种频率成分有效的以本征模态函数（IntrinsicModeFunction，IMF）的形式从时间曲线中分离出来。IMF属窄带信号，可满足Hilbert变换[3]的要求。X（t）为振动信号时间序列，　　式（1）表明原始数据序列X（t）可表示为IMF分量和一个残余项之和。有研究表明[4]越早分解出来的IMF频率越高。EMD分解出的每个IMF序列都是稳态的，可以通过�ζ渥�Hilbert变换进一步分析处理。结构产生小损伤时，其物理参数的改变很小[5]，采用其物理参数识别损伤不敏感，而波形指数可很好地满足这方面要求。　　2建模及处理　　模拟简支梁钢桥尺寸为576×48×5mm，钢材选择Q23

6、5。依照试验通道位置分别取关键点1、2、3、4，距离左端点依次为75mm、235mm、360mm、504mm；F为加载位置，选在跨中，激振力为30Hz正弦定频激力；裂缝位置点F结果的波形因数比较。　　由分解的数据可以找到损伤位置――F3与IMF2的变化率进行比较，有明显的增大趋势，IMF3中F2的4.1090倍，证明更加的敏感。同样方法将梁的裂缝深度加深为3mm，然后模拟、处理、分析数据。　　由表2可知，波形因数变化率最大处仍在F中D和可以结合实现简支梁桥损伤位置的识别，经EMD分解后的数据能够提供更多的损伤信息，而且比未分解的数据效果更明显。随着裂缝深度的加大，数据显示波形因数不但可以识别损

7、伤位置而且可以识别损伤程度。但仍然处在不足，如何对实体钢桥结构损伤识别以及HHT理论依据等问题，有待继续研究。