基于时域响应的强耦合梁损伤检测.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com振动与冲击第27卷第5期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK基于时域响应的强耦合梁损伤检测徐伟华，吕中荣，刘济科(中山大学力学系，广州510275)摘要：应用有限元法将连续梁结构简化为两跨强耦合的欧拉一伯努利梁模型，利用直接积分法求出系统在外激励如冲击荷载作用下的动态响应，并进一步推导出动态响应对物理参数(如杨氏模量)的灵敏度。在反问题中，利用基于时域响应的有限元模型修正法进行了强耦合梁系统局部损伤的识别，讨论了人工测量噪声对损伤识别结果的影响。算例表明所提能够快速有效地检测出强耦合梁的局部损

2、伤，并具有高精度，对测量噪声不敏感等特点。关键词：耦合梁；模型修正；损伤检测；响应灵敏度中图分类号：TB122文献标识码：A结构损伤检测是近三十年来国内外学者的研究热本文将以两跨连续梁为例，通过有限元离散为两点。其中基于振动的结构损伤识别法具有非破坏性、跨强耦合的欧拉一伯努利梁模型。对该系统单一和多方便、快速和廉价的优点，具有非常广阔的应用前景。个局部损伤进行了识别，同时研究了人工噪声对识别理论上讲，局部损伤的产生，该区域的结构刚度和承精度的影响。算例表明，本文方法能够有效地识别出载能力将会下降，而结构的质量特性一般不会受到影具有相近频率的强耦合梁系统的局

3、部损伤。响，结构的模态参数(模态频率、模态振型、模态阻尼1正问题等)或振动响应将随之而改变。通过研究结构的振动特性，就能识别结构是否发生损伤，并确定损伤的位1．1系统的有限元模型置和程度。如图1所示的两跨耦合连续梁，通过有限元法离基于结构振动响应和系统动态特性参数进行结构散，系统的强迫振动方程可以写成如下形式，损伤检测研究已取得了一些有成效的研究成果。常用[]{d}+[c]{d}+[]{d}={F(t)}(1)的基于振动的结构损伤检测方法包括：基于模态频这里，[M]，[]，[c]分别是系统的质量矩阵，刚度矩率。。和振型方法，基于柔度的方法J，基于曲率的方阵

4、和阻尼矩阵，本文中采用Rayleigh阻尼模型：[C]=法和基于模态应变能的方法J。近年来，数学和计a[]+a[]，其中a和a是常数，由两个不等的算机的发展，为结构损伤识别提供了更新的方法，如基振动模态频率与相应两个给定的阻尼比率来确定，于神经网络的识别方法，基于模糊逻辑和遗传算法{F(t)}是节点力向量。的识别方法，以及基于小波变换的方法等。1．2系统的自由振动频率与强迫振动响应以上结构损伤检测方法大多是在频域内进行的，为求无阻尼系统的自由振动频率，其运动方程可频域检测方法需要将测量到的时域响应信号通过快速以表示为傅里叶变换，得到频响函数，然后采用诸如多

5、项式拟合的方法得到系统频率、振型、阻尼等模态参数，然后利、[]{d}+[]{d}={0}(2)用这些参数的改变来识别损伤。这种识别法需要经过与式(2)相应的特征值问题是[]{}=A[]{}(3)FFT分析，由此带来了诸如泄漏等偏度误差对参数识别的影响，给损伤识别的精度带来了不利的影响。本这里，A=09，式第i个模态的圆频率，{}是相应文提出一种新的时域损伤检测方法，该方法以有限元的第i阶模态振型。模型修正理论为基础，直接利用测量的加速度响应来给定外激励力F(t)，可以由式(1)求出系统的强进行模型修正和损伤检测，能够避免FFT分析带来的迫振动响应。本文中采

6、用工程中常用的Newmark直接不利影响。积分法进行求解。2反问题基金项目：国家自然科学基金(10772202)、高等学校博士学科点专项科研~(2oo5o558o32)、广东省自然科学基金(o7oo368o，05003295)资助2．1动力响应对系统参数的灵敏度项目，中山大学青年教师科研启动基金资助项目(20061131061)在反问题中，利用基于时域响应灵敏度的有限元收稿日期：2007-07—16修改稿收到日期：0o-09—18模型修正法来进行系统局部损伤的识别。在本文第一作者徐伟华女，研究生，。年月生中，我们用单元杨氏模量的减少来模拟某个单元上的维普资

7、讯http://www.cqvip.com第5期徐伟华等：基于时域响应的强耦合梁损伤检测17局部损伤。沿Y轴负方向作用在系统第5个节点上。假定系统头系统动态响应可以通过数值积分方法从式(1)获2个模态的阻尼系数分别为0．01，0．02，时间步长取为得，然后对系统的某一物理参数，例如第i个单元杨氏0．005s。图2所示为4号节点上系统完好和出现局部模量E‘求偏导数，我们有损伤时的头3s钟的加速度响应。[]{筹)+[c]{筹)+[]{筹)=一‘‘(、1，2，’⋯，’n。)(一4)这里，n为系统的单元总数，{等)，{)，{)分别为位移、速度和加速度对系统参数的灵

8、敏度。由于系图1双跨耦合梁系统(1，11为有限元节点编号)统动态响