基于完备模态空间两阶段结构损伤识别方案

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1、中文摘要摘要在结构损伤检测中，利用模态参数构造指标进行损伤识别的方法具有构造简单、实施方便的特点，因此得到了广泛的研究和应用。损伤识别一般应该包括以下三个方面：一是判断是否发生损伤；二是判断损伤的位置；三是判断损伤的程度(进一步的要求是对可能发生的损伤进行预测)。根据构造方式的不同，利用模态参数的损伤指标可分为若干种，损伤识别的准确程度各不相同。影响此类指标识别性能的因素主要包括：模型误差、模态截断以及测量噪音等。各指标均不同程度地受上述因素的影响，但都具有一定的适用范围。从目前的研究成果来看，很难找到一种既对损伤敏感又具有较

2、好抗噪性能的指标。作者首先从指标定义和指标应用的角度，对目前已有的指标进行了综合分析与评价，指出了各自的特点。此后，结合简支梁算例，对模态柔度曲率差、均匀荷载面曲率差、单元模态应变能改变率、单元损伤变量以及单元刚度折减系数等几种典型的损伤指标进行了对比，着重研究了模态截断和测量噪音对指标的影响程度。结果表明，模态柔度曲率差以及均匀荷载面曲率差这类指标，虽然对损伤很敏感且只需较低阶的模态参数，但抗噪性能很差；单元模态应变能改变率和单元刚度折减系数法，虽然具有一定的抗噪性能，但前提是需要更高阶的模态参数，因此受模态截断的影响更大。

3、相比之下，单元损伤变量体现了良好的损伤定位性能和抗噪性。考虑到单元刚度折减系数法能同时定位和定量损伤以及实用完备模态空间理论能利用低阶模态构造等效高阶模态的特点，将完备模态空间理论与该方法相结合，力图克服模态截断带来的影响。此外，如果能初步确定损伤单元的范围，则能减小该方法损伤方程的规模，增加方程求解的稳定性。经验证，采取上述措施能明显提高单元刚度折减系数法的识别精度和抗噪性能。因此，作者将单元损伤变量同改进后的单元刚度折减系数法相结合，提出了一种两阶段损伤识别方案。即首先利用单元损伤变量进行损伤定位，然后再根据定位结果，利用

4、改进后的单元刚度折减系数进行损伤定量。并从实用角度出发，给出了该方案具体的实施步骤。分别选取简支梁、连续梁、桁架以及框架等结构形式的仿真算例对所构造的两阶段损伤识别方案进行了验证，着重考察了结构形式、噪音程度以及损伤程度对该方案的影响。结果表明，对选取的结构形式来说，本文方案的识别效果都明显优于已有指标，在只利用较少低阶模态参数的情况下，可以在一定损伤程度、噪音水准以及误差范围内对各结构进行准确地损伤识别。通过上述研究内容，本重庆大学硕士学位论文文为利用基于模态参数的损伤识别方法，提供了一种新的思路。关键词：损伤识别模态参数模

5、态截断噪音完备模态空间Ⅱ英文摘要ABSTRACTIthasbeenprovedtobemoreconvenientandeffectivetoconstructdamageindicatortoid铷舡母structuraldamagebymakingHsoofmodalparameters，andmanyresearchesandapplicationshavebeenputforward．Generally,thedamageidentificationofstructuralandmechanicalsystemsmai

6、nlycontainsthreelevels：thefirstlevelistodetectthepresenceofthedamage；thesecondlevelistoindicatethelocationofthedamage；thethirdlevelistodeterminetheseverityofthedamage(thefurtherlevelistopredicatethe0C：c．'UITenceofthedamage)．Themodal-parameter-baseddamagedetectionind

7、ices∞nbeclassifiedtobeseveralcatcgori嚣accordingtotheconstructivestyle,anddifferentcategorieshavedifferentidentificationlevels．Therearemanyfactorsthataffecttheperformanceofsuchdamageindices，mainlyincludingmodellingerrors，modaltruncationtyt-l-orsandmeasurementnoise．Al

8、so，differentdamageindiceshavedifferentsensitivitytothesefactors，andeachdamageindicatorhasitsowna‘pplicationcondition．Fromtheexistingresear