剪切型框架结构损伤检测的数值与试验研究

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1、华中科技大学博士学位论文剪切型框架结构损伤检测的数值与试验研究姓名：李林申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：朱宏平;洪可柱20051102 华中科技大学博士学位论文摘要对结构进行健康监测和损伤检测能够有效防止灾难性失效的发生而且尽早地发现结构损伤能够大幅地降低结构维护费用检测成为结构工程领域的研究热点因此近年来结构健康监测和损伤本文在国家自然科学基金No.50378041教然育部博士点基金No.20030487016以及华中科技大学优秀博士学位论文基金资助No.2003-21的资助下针对多层剪切型框架结构运用了先损伤定位来进行损伤检测首先对结构的模态参数进行敏

2、感性分析仅利用结构一阶振型斜率的改变确定损伤对结构的损伤大小进行识别本文在如下几个方面进行了理论数值与试验研究1针对剪切型框架结构从固有振动方程出发出了结构固有频率振型振型斜率对损伤的敏感性系数表达式能够发现各种模态参数的敏感性随模态阶数的变化规律以及模态参数这为随后的损伤定位和损伤大小识别作了准备即对于剪切型框架结构0并在理论上证明了这造成的结构振型斜率变化会相互影响这将会导致根据前面提出的结构一阶振型斜率变化来判别损伤位置出现可能失效的情况多损伤引起的从而解决了多损伤情况下的损伤位置识别问题将运用神经网络方法进行结构损伤大小的识别项目后识别损伤大小的两步法然后结

3、合敏感性分析的结果位置最后利用神经网络方法并取得了一些研究结合结构的刚度矩阵特性通过结构模态参成果导数的敏感性分析对不同位置损伤最为敏感的2提出了基于结构一阶振型斜率改变的损伤定位方法在单损伤的情况下损伤层的一阶振型斜率改变必然大于一结论结构发生的多损伤基于此本文结合敏感性分析的结果变化相互影响的方法提出了通过迭代计算消除结构振型斜率3一旦损伤位置确定后结构频率测量较准确的特点结构各处损伤的低阶频率改变择上的目的性利用结合敏感性分析结果选取若干阶能够较敏感地反映从而提高了网络输入向量选率作为神经网络的输入410层剪切型框架结构数值模型的模态参数敏感性分析表明对于绝对

4、敏感I 华中科技大学博士学位论文性系数高阶模态参数比低阶模态参数对损伤振型斜率的敏感性高于振型对于相对敏感性系数同一阶频率对不同处损伤的敏感性及不同阶频率可通过敏感性分析获得若干阶能够较敏感反映这些频率的变化将作为检测结构损伤发生或损伤程度的绝对值的最大值一般发生在最靠近振型节点因此损伤后振型和振型斜率变化率绝对值更敏感的敏感性对同一处损伤的敏感性均不相同结构各处损伤的低阶频率数据振型和振型斜率相对敏感性系数的自由度处和振型斜率绝对值最小处的最大值发生位置不能直接反映损伤位置5对于10层剪切型框架结构数值模型所讨论的三种损伤工况通过采用本文提出的改进的基于一阶振型斜

5、率改变的结构损伤定位算法伤位置判别出结构损伤位置后结合敏感性分析的结果成功地识别出了所有损选取结构前几阶频率的变化率作为神经网络的输入准确地对各种损伤工况的损伤大小进行了识别6应用本文中提出的方法对一个3层的框架试验模型进行了研究模态参数敏感性分析结果与前面的数值分析结果类似高阶模态参数比低阶模态参数对损伤不同阶频率对不同层的损伤敏感性不同振型斜率对损伤的敏感性高于运用一阶振型斜率的变化和神经网络方法进行损伤定位和损各种损伤工况的损伤位置得到了准确的定位更为敏感振型对损伤的敏感性伤程度识别结果表明别误差满足要求损伤大小的识提出的损伤检测方法得到了有效的试验验证关键词

6、损伤检测两步法神经网络剪切型框架敏感性分析一阶振型斜率改变II 华中科技大学博士学位论文AbstractItisveryimportanttopreventcatastrophicstructuralfailuresviahealthmonitoringanddamagedetection,furthermore,themaintenanceexpenseofthestructurecanbesharplydecreasedbyearlydetectingstructuraldamages.Therefore,structuralhealthmonitoringan

7、ddamagedetectionhaveattractedwideattentioninstructuralengineeringfieldinrecentyears.SupportedjointlybytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.50378041),theSpecializedResearchFundfortheDoctoralProgramofHigherEducation(No.20030487016)andtheExcellentPhDDissertationFoundationofHuaz