钢棒裂纹损伤模态识别中的传感器优化布置研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文钢棒裂纹损伤模态识别中的传感器优化布置研究作者姓名：张美玲指导教师：孙红春副教授东北大学机械工程与自动化学院申请学位级别：硕士学科类别：专业学位学科专业名称：机械工程论文提交日期：2014年6月论文答辩日期：2014年6月学位授予日期：2014年7月答辩委员会主席：评阅人：硒壤、在钱东北大学2014年6月万方数据ADissertationinMechanicalEngineeringResearchontheOptimalSensorPlacementoftheBarforCrackDa

2、magebyModalIdentificationbyZhangMeilingSupervisor：AssociateProfessorSunHongchunNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢=白▲思。学位论文作者签名：私羹蝰E

3、t期：M髟．占．y弓学位论文版权使用声明书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年留学位论文作者签名：诛关玲导师签名：明、s砑孓签字日期：hf乒．易．了弓签字日期：知j中．6、2乡万方数据东北大学硕士学位论文摘要钢棒裂纹损伤模态识别中的传感器优化布置研究摘要钢棒是大

4、型结构的基本组成单元，在实际工程中应用非常广泛，钢棒在服役过程中极易出现裂纹损伤，由于初始的裂纹不易被发觉，而裂纹的扩展，会造成整个结构地破坏，甚至发生重大的事故，因此，快速预测早期裂纹发生的位置是损伤识别领域的一个重要研究方向。传统的无损检测方法对于大长径比的钢棒具有测试时间长，操作复杂的缺点，由此基于模态的动力学方法得到了广泛应用，而此种方法的检测结果主要取决于布置在结构上的传感器，因此，选取最佳传感器数目布置最优位置就具有重要的研究意义和实用价值。本文在理论模态分析的基础上、应用不同的传感器优化布置方法对不同长径

5、比的钢棒进行了传感器的优化布置研究，提出了应用于钢棒的最优布置方法，并由此得出了最佳传感器的数量和布置位置；通过实验模态分析，验证了传感器优化布置方案在裂纹损伤识别中的高效性和实用性，此研究可为动态和复杂结构的无损监测提供理论依据和实际应用基础。论文的主要工作如下：(1)概述了传感器优化布置的研究现状，介绍了国内外基于不同优化方法的传感器优化布置和优化比较准则研究状况，阐述了模态分析的振动系统理论模型和传感器优化布置原理。(2)基于Ansys有限元分析，对不同长径比钢棒建模、并对其进行模态分析；基于MATLAB软件对不

6、同优化方法进行编程计算，基于模态置信度MAC值最小准则和均方差MSE最小准则，提出了适用于钢棒的最佳传感器优化布置方法，确定了钢棒的最佳传感器数量和位置。(3)搭建振动实验台，基于传感器的优化布置理论分析对钢棒进行了振动模态实验，对实验数据进行了模态分析，通过理论与实验的对比，验证了最佳传感器布置方案的计算结果。(4)基于传感器的优化布置对含裂纹的钢棒进行了损伤识别，并与优化前的识别结果进行比较，证明了传感器的优化布置方案在损伤识别中具有识别信号明显、识别效率高的优点。关键词：钢棒；传感器优化布置；裂纹识别；模态分析．

7、II．万方数据东北大学硕士学位论文AbstractResearchontheOptimalSensorPlacementoftheBarforCrackDamagebyModalIdentificationAbstractBars，whicharewidelyusedinpracticalengineering，arethebasiccomponentunitoflargestructures，andmanywillappearcracksintheworkprocess．Duetotheearlyinitialcra

8、ckisnoteasytobefound，thecrackexpansionwillcausethedestructionofthewholestructure，andevenleadtoamajoraccident，therefore，itisanimportantresearchdirectiontorapidlyforeca