基于动力方法的杆件轴力识别技术研究

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1、？ｉ＇犬？大爱ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣｍＯＬＯＧＹｆｉＳＳ士室位论文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ基于动力方法的杆件轴力识别技术研究麥Ｍ史工Ｐ学科专业＿＿座作者姓名§〗教授指导教师李东升—＿答辩日期０１５６＾？＾硕士学位论文基于动力方法的杆件轴力识别技术研究Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆａｘｉａｌｆｏｒｃｅｓｉｎｂａｒｍｅｍｂｅｒｓｂｙｄｙｎａｍｉｃａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｅｓｔｓ作者姓名：袁永强

2、学科、专业：防灾减灾工程及防护工程学号：２１２０６０８３指导教师：李东升副教授完成日期：２０１５年５月大遠理工大摩ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ‘大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中己经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他己申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处

3、，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：＞作者签名：日期：＞丨（年、月日Ｉ４＠＿＿＿＿＿？大连理工大学硕士学位论文摘要结构健康监测己发展成为土木工程学科研究与发展的一个重要领域。杆件结构具有易于制作、形式简单、应用范围广的优点，应用于大量实际工程（如火车站、体育场等）中，因此杆件结构的轴力识别具有广阔的应用前景。本文对杆件结构轴力识别问题的研究主要有以下几个方面：１通过对Ｅｕ－ＢＴｉｍ（）ｌｅｒｅｍｏｕｌｌｉ初等梁、初始Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁和经典ｏｓｈｅｎｋｏ梁三种理ｏｓｈｅｎ－论进行对比分析，，通过引入变形系数

4、，对转动惯量进行修正从本质上改变Ｔｋｎｋｏ梁理论将单元假设为刚体的情况，进而得到了修正Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理论。通过分析对比修正Ｔ一ｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁与经典Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁第频谱的精确度，对变形系数的取值给出了建议。２在修正Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理论的基础上，推导出了包含轴力的修正Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁（）质量阵和刚度阵，建立了受轴力影响的梁自由振动四阶微分方程，全面考虑了剪切变形、转动惯量、以及剪切变形引起的转动惯量的影响，从而推导出基于频率的改进杆件轴力识别方法一。在数值模拟过程中采用三种不同的边界条件：两端固支，两端简支，端固一支

5、端自由，验证了该法的可行性与适用性。该方法仅需测得对象杆件的基频，即可实一，简易可行，在工程实际中具有定的实用性现对杆件轴力的识别。（３）在第三章频率法的基础上，增加了杆件测点模态信息，提出了改进的杆件轴力识别方法。该法不仅充分了考虑杆件的剪切变形、转动惯量以及剪切变形引起的转动惯一量的影响，而且考虑了传感器附加质量的影响。然后，进步完善了杆件轴力识别方法通过ＭＡＴＬＡＢ软件进行数值模拟，提取某杆件的前五阶的频率和模态参数，以此构建特征方程从而识别杆件轴力，从四个方面分析了修正Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁相对经典Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁识别精度提高的原因

6、，进而通过实验数据验证了该方法的准确性。４一（）为，在第五章中了对文中第三、四章中所提方法进行进步验证，选择了不同状态（空间状态、长细比、宽厚比等）的杆件进行实验室试验，在大连理工大学力学实验室ＭＴＳ８１０材料伺服机上进行步进式轴力加载试验，同时测量杆件在脉冲激励下的加，通过模态分析获得杆件前五阶的频率和模态参数速度响应，从而识别了该杆件在不同加载工况下的轴力，有力地验证了所提方法的有效性。基于动力方法的改进杆件轴力识别法突出优点在于无需事先假定杆件的边界条件，识别精度高、适用范围广。关键词：轴力识别杆系结构Ｔｏｓｈｅｎｋｏ梁ｉｍ振动测试

7、；；；－－Ｉ基于动力方法的杆件轴力识别技术研宄Ｖ－ｉｂｒａｔｉｏｎｂａｓｅｄｉｍｐｒｏｖｅｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆａｘｉａｌｆｏｒｃｅｆｏｒｂａｒｍｅｍｂｅｒｓＡｂｓｔｒａｃｔＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＨｅａｌｔｈＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｈａｓａｌｒｅａｄｙｂｅｃｏｍｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｉｅｌｄｆｏｒｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｃｉｖｉｌｅｎｉｎｅｅｒｉｎ．Ｉｎｒａｃｔｉｃａｌａｌｉｃａｔｉｏｎｓｂｅａｍｍｅｍｂｅｒ