应变模态参数曲线的结构损伤位置及程度研究.pdf

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1、第8期机械设计与制造2013年8月MachineryDesign&Manufacture85应变模态参数曲线的结构损伤位置及程度研究崔拥军，熊晓燕，王峰(太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西太原030024)摘要：对结构的损伤进行诊断和评估是健康监测系统的核心问题，而敏感的损伤指标是损伤诊断的关键，并且传统的模态参数不易识别结构的早期局部微小损伤。以悬臂梁作为研究对象，对其进行有限元分析，与实验结果进行对比。研究结果表明：频率仅能识别结构损伤存在；位移模态对局部损伤不敏感；应变模态参数对局部微小损伤非常敏感，损伤处应变值明显大于未损伤处，能非常精确地识别结构损伤

2、的位置及程度。该实验可运用到其它复杂机械结构的早期局部微小损伤中。关键词：损伤识别；损伤位置；损伤程度；应变模态曲线中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)08—0085—03StudyofDamageLocationandDegreeofStructuralStrainModalParameterCurveCUIYong-jan，XIONGXiao-yan，WANGFeng(TaiyuanUniversityofTechnology，KeyLaboratoryofAdvancedTransducersandIntelligentControlS

3、ystems，MinistryofEducationTaiyuanInstituteofMechatronicsEngineering，Shanxi，Taiyuan030024，China)Abstract：Detectingd田andevaluatingstructurestateisthemainfunctionofhealthmonitoringsystemandsensitiveindexisthekey,andthetraditionalmodalparametersisnotidentifiedeasilytoearlylocalmalldamage．Here，can

4、tileverregardedasstudyobjec~whichhasbeencarriedonfiniteelementanalysis，andcomparisonwiththeexperientialresultWaspe(formed．Theresultshowsthat：ThefrequencyCartonlyidentifytheexistenceofthedamage；thedisplace111,0deisnotsensitivetolocaldamage；strainmodalparametersisverysensitivetolocalsmalldamage

5、，andVanidentifypreciselystructuraldamagelocationanddegree．TheexperimentCanbeappliedtotheearlylocalsmalldamageoftheothercomplexmechanicalstructure．KeyWords：DamageIdentification；DamageLocation；DamageDegree；StrainModal1引言2应变模态理论损伤识别作为结构动力学的反向识别问题【l1，结构的损伤取应变模态理论，设位移向量：{}_[]，位移模态为：决于其可靠性和安全性，在航空航

6、天、机械、海洋、土木工程等许T：}-【}{)}J～(1)多领域应用较多。结构的早期微小损伤不易被检测，随着损伤程度的增加会发生严重事故，甚至造成人员伤亡。通常来说，结构的则位移响应为：损伤会引起其刚度的降低，最终导致模态参数的变化目。国内外学(：}者提出了很多识别损伤的指标13-51，如固有频率、振型、位移类模态}：主}(2)参数(模态柔度、位移、位移模态)和应变类模态参数(曲率模态、{}l{}应变、应变模态)等识别方法。经实验研究验证，固有频率仅能识别损伤是否存在而不能由弹性力学相关理论，经推导，应变和位移表达式为识别其位置和程度；模态柔度对单位置损伤与较好的识别能力而堕3x3

7、xax对多位置损伤效果不明显，并且不利于实际应用；位移模态仅能砒0w识别损伤位置和总体的损伤程度而不能识别局部损伤程度；应变(3)I模态对损伤识别要优于位移模态，它能获得结构的动应变，在损堕如出伤附近应变值下降明显而远离损伤处应变值改变不大，随着损伤式中：、、一正应变，剪应变为Yxy一--OZyz+oz=程度的增加，应变值下降越明显。因此，应变模态能精确地识别出’损伤是否存在、损伤的位置及损伤的程度『句。以悬臂梁为研究对。象，从这三方面来研究。运用叠加原理，应变响应为：来稿日期：