基于应变柔度矩阵机械结构损伤识别技术的研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要机械结构中存在损伤可能会影响机器的安全性、可靠性和正常使用寿命，特别是对一些复杂机械结构在承受疲劳载荷作用下，随着损伤的不断积累，机械结构中会存在巨大安全隐患，甚至造成重大的经济损失和人员伤亡。确定机械结构中是否存在损伤以及判别损伤的位置，对机械结构的及时修护和安全使用具有重大的工程价值和经济效益。本文论述和研究了基于动力参数变化的损伤识别理论和方法，对机械结构进行了有限元的损伤数值模拟分析和实验研究，具体研究内容如下：(1)本文基于振动理论和有限单元法，从柔度的定义出发推导了位移柔度矩阵和应变柔度矩阵，从物理意义上阐明了应变柔度矩阵中各个元素的意义；结合

2、光纤光栅(FBG)应变传感器，提出了适于FBG传感的均匀载荷下应变场(SFUL)参数，根据损伤前后SFUL的变化，即SFI指数分布图来识别损伤。(2)对应变柔度矩阵只和均匀载荷下的应变场SFUL的收敛性进行了分析，结果显示只用前四阶应变模态信息就能到良好的精度。(3)采用MATLAB软件作为编程平台，对桁架和薄板结构进行了损伤数值模拟研究，提取前四阶应变模态信息，构造了均匀载荷下应变场SFUL参数，利用损伤前后的SFUL参数变化来识别结构中的单个和多个损伤。对于薄板类结构，当结构未损状态信息缺乏时，介绍了一种间隙平滑(GST)技术来增强SFI指数的损伤识别能力。(4)考虑在实际测试数

3、据中可能混入环境噪声，模拟了噪声对损伤识别结果的影响。一(5)利用光纤光栅传感，通过对薄板结构的应变模态分析验证基于应变柔度矩阵损伤识别技术的可靠性。关键词：结构损伤识别，应变柔度矩阵，均匀载荷下的应变场(SFUL)，光纤光栅(FBG)传感，应变模态分析武汉理工大学硕士学位论文AbstractDamagessuchascracksorcorrosioninstructureswouldaffecttheglobalsafety,reliabilityandoperationallife．Especiallyforthecomplicatedstructuresunderthefati

4、gueload，withthedamagecontinuouslyexpanding，itmayhaveahugepote而Isafetyhazardandevenleadtoeconomiclossesandcausalities．Therefore，tolocatethedamageefficientlyisveryimportantforrepairingthestructureandusingsafely．Thispaperintroducedandstudiedthedamageidentificationtheoryandmethodsbasedonthevariatio

5、nofthedynamicfeaturesofthestructure．Thenumericalsimulationaboutthetrussandplatestructureandexperimentalresearchworecarriedout．Thefollowingsarcthedetailedcontent：(1)Firstly,thestrainflexibilitymatrixwasderivedfromthestructuredynamicmotionequation；thephysicalmeaningabouttheelementinthematrixWascl

6、arified．Combining、)l，itlltheFiberBraggSensors，anoveldamageidentificationindexWasconstructedbyusingtheStrainFieldunderUniformUnitLoad(SFUL)．(2)AstudyontruncationeffectWasperformedbothforthebeamandplatestructuretoselectappropriatestrainmodes．AndonlythefirstfourstrainmodesareneededtoobtaintheSFUL，

7、whichisveryimportantinpracticewhilehighmodes--aredifficulttobeacquiredfromexperimentaltest．(3)ThenumericalsimulationaboutthetrussandplatestructurewasinvestigatedbyusingthemathsoftwareMATLAB．TheparametersSFULwereconstructedbothfort