基于小波分析和变异系数的简支梁桥损伤识别

为了提高对桥梁结构损伤位置的识别精度及准确性,利用应变对结构局部损伤敏感的特性,提出了基于小波分析和变异系数的简支梁桥损伤识别新方法。在移动荷载作用下,对简支梁桥动态应变响应进行二进离散小波变换,将叠加在一起的多阶模态响应进行分离;根据差分法和统计参数,构建出低阶应变响应的变异系数双重曲率(Double Curvature of Variation Coefficient,DCVC)损伤指标。以简支梁桥作为研究对象,将所提方法通过有限元数值模拟和模型实验给予验证。研究结果表明:该方法成功摆脱了对健康结构响应数据的依赖,可以准确识别出简支梁桥不同位置不同程度的单处、多处损伤,且受移动荷载行驶速度的影响较小,在简支梁桥损伤识别研究中具有很好的识别效果。     

基于支座反力影响线曲率差分的等截面连续梁损伤识别方法

为了实现仅采用损伤状态信息对等截面连续梁进行损伤识别,通过推导三跨不等跨连续梁在移动荷载作用下的支座反力影响线,发现支座反力影响线求曲率并作差分后的曲线在损伤位置会发生突变,基于该现象提出了一种损伤定位方法,进一步建立了损伤程度计算方法,可对损伤程度进行较精确的定量。通过一三跨连续梁和一四跨连续梁工程实例的仿真分析,证明了支座反力影响线曲率差分指标损伤定位和相应的损伤程度定量方法对等截面连续梁损伤识别具有可行性。     

基于动态响应参数的点阵桁架夹芯板脱焊损伤检测数值方法研究

点阵桁架夹芯板作为一种特殊的超轻多孔材料,具有广阔应用前景。针对其加工和服役过程中经常发生的脱焊损伤,本文提出一种基于结构振动特性进行金字塔型点阵桁架夹芯板无损评价的方法。首先,基于有限元理论对夹芯板在不同损伤状态(损伤个数、位置)下的振动特性进行数值模拟;然后基于计算所得振动特性参数,运用切比雪夫多项式逼近法计算相应均布载荷曲面的曲率,进而通过此参数与原始未损伤模型参数作差进行损伤识别;最后运用曲面拟合算法解决该检测方法对原始未损伤模型参数的依赖性问题。数值计算结果表明:四周简支金字塔型点阵桁架夹芯板中存在损伤时,损伤前后结构损伤位置处的均布载荷曲面的曲率差值比较明显,基于此差分方法可精确识别各种损伤状况下夹芯板脱焊损伤的位置和数量;利用曲面拟合算法可以消除损伤结构参数中因损伤造成的尖点,从而不需以原始未损伤模型参数为依据即可精确识别损伤。     

基于均布荷载挠度曲率的梁结构损伤识别方法

为运用荷载挠度曲线进行损伤识别，通过力法推导了梁结构在均布荷载作用下的挠度曲率理论公式，提出通过损伤前后的挠度曲率差进行损伤定位，针对多跨连续梁均布荷载下挠度曲率指标存在的损伤识别漏判问题，提出逐跨均布荷载挠度曲率指标以避免其影响，并建立了挠度曲率与损伤程度的理论关系式，可对损伤程度进行较精确的定量描述．通过一简支梁和一三跨连续梁算例，考虑多种损伤工况，分析了指标在不同程度噪声水平下的抗干扰能力，验证了挠度曲率损伤指标应用于实际的可行性．     

基于小波包变换的梁式结构损伤定位方法

本文针对梁式结构,基于小波包变换理论,提出一种新的损伤定位方法。该方法利用小波包变换将结构的响应分解到不同的模态,引入曲率公式定义了新的小波能量指标,使得能量指标对损伤位置更加敏感。根据工程实际,构造了对应于结构区域的损伤指标。利用D-S证据理论对得到的各阶损伤指标进行数据融合,从而优化了识别结果。通过数值模拟和实验,对新提出的方法进行了验证,结果表明该方法有效,并可应用于工程实际。     

基于应变指标和D-S证据理论的简支梁桥损伤识别

为了提高桥梁结构的损伤识别准确率,并摆脱对桥梁损伤前信息的依赖,提出基于应变指标和D-S证据理论(Dempster提出由Shafer完善形成的一种推理理论)的损伤识别方法。首先采用结构损伤状态下的动态应变响应分别构建应变标准差(SSD)指标和平均伪比能(APSED)指标;然后利用曲线拟合技术对两个应变指标进行改进;最后根据D-S证据理论融合两个改进的指标来定位损伤。将所提方法用于一个简支梁桥的数值模型,讨论了损伤程度和测试噪声对损伤识别结果的影响,发现SSD和APSED对噪声具有较强的鲁棒性,且损伤识别结果准确率高,并通过实验研究验证了所提方法的有效性。     

基于振动响应相关性的简支梁桥损伤识别方法

针对已有的结构损伤识别方法需要已知结构损伤前的响应信息这种情况,尝试将提升小波变换与振动响应相关系数结合起来,提出一种不需要知道结构损伤前响应信息的简支梁桥结构损伤识别新方法。利用移动荷载激励作用下数值计算出的结构位移响应和经过提升小波变换处理后的位移响应,分别计算出相应的损伤指标,即位移响应相关系数曲率(Correlation Coefficient Curvature,CCC)。发现由提升小波变换处理后的位移响应计算出的损伤指标相对于直接利用位移响应计算出的损伤指标,损伤识别效果有很大提升,且基本不受车辆行驶速度的影响。通过对多种损伤工况下的简支梁桥的数值模拟和跨中损伤工况下的模型实验,证实了该损伤识别方法在结构损伤前响应信息未知的前提下,仍然具有可行性和有效性。     

基于因子分析的简支梁桥损伤识别

为了降低测量噪声对桥梁损伤检测结果的影响,提高检测方法在实际工程中的实用性,提出了一种基于因子分析的简支梁桥损伤识别方法。首先,对采集的位移信号进行因子分析,得到信号的公共因子和特殊因子,通过去除公共因子达到降噪目的。然后,采用统计方法和D-S证据理论对特殊因子进行处理并构造损伤指标。通过一个简支梁桥有限元模型的算例进行数值分析,讨论了噪声、车辆移动速度及质量对损伤识别产生的影响。结果表明：车速在30～80 km/h范围内时,所提方法可以准确定位较小程度的结构损伤;此外,噪声和载质量对识别结果影响较小,满足实际工况需求,说明所提方法具有很强的抗噪能力和实用价值。     

实验数据反演识别分析方法与力学表征

本文给出了两类基于实验(实测)数据的反演识别方法,简述了其在界面力学性能及工程实测数据分析中的应用.在粘接界面力学性能的反演识别实验研究中,基于不同加载速率的实验曲线,结合参数化界面力学模型,通过反演识别给出粘接界面力学性能参数,并对识别结果的适定性进行独立的实验验证;在基于工程实测数据的反演识别与力学建模方面,在分析盾构装备载荷特点的基础上,对海量的实测数据统计分类,提出了力学量纲分析的建模方法,并应用于盾构掘进载荷的反演识别研究.     

匀速轴向压力作用下两边简支直杆的动力屈曲

根据在不同的变形状态下匀速轴向受压的、两边简支的弹性直杆的动力屈曲控制方程,对直杆一阶、二阶形式的动力屈曲利用差分方法和有限元数值模拟方法进行计算和比较,并通过改变加载速度得到相应的数值解。计算结果表明:在保证精度的情况下,加载速度的增加使得两边简支直杆屈曲模态由一阶向二阶发生渐变;在屈曲刚发生阶段,屈曲载荷保持不变,之后屈曲载荷随着加载速度的增加而逐渐增大,且存在临界加载速度使屈曲载荷在该位置发生突变。     

Tikhonov's regularization approach in mode shape curvature analysis applied to damage detection

In this paper an on-going research effort aimed at detecting and localizing damage in plate-like structures by using mode shape curvature based damage detection algorithm is described. The proposed damage index uses exclusively mode shape curvature data from the damaged structure. This method was originally developed for beam-like structures. In this paper, the method is generalized to plate-like structures which are characterized by two-dimensional mode shape curvature. To calculate mode shape curvatures from the measured mode shapes, three approaches are proposed: the first one is the well-known central difference approximation, the other two are classical approaches based on Tikhonov's regularization technique with smoothing functional. The applicability and effectiveness of the proposed damage detection algorithms are demonstrated experimentally on an aluminium plate containing mill-cut damage. The validity of the method is assessed by comparing the identification results of the experimental test case to the results obtained from the simulated test case. The modal frequencies and the corresponding mode shapes of the aluminium plate are obtained via finite element models for numerical simulations and by using a scanning laser vibrometer (SLV) for the experimental study.     

固有模态函数振动传递率损伤识别实验研究

针对风荷载、地震荷载等存在但难以精确量测的问题,提出一种无需量测外荷载的新的损伤识别方法。将经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)应用于结构损伤识别,通过求振动响应信号固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)的振动传递率,构建了一种新的结构损伤识别参数。对预置不同程度开胶损伤的玻璃幕墙试件进行动态测试,得到不同损伤程度下玻璃幕墙的固有模态函数振动传递率,与无损伤条件下的固有模态函数振动传递率进行比较来识别和评估玻璃幕墙开胶损伤程度。研究表明:此方法无需量测外荷载也能识别结构损伤,损伤参数值能反映损伤大小。     

基于疲劳传感器的大型桥梁载荷谱检测研究

提出基于同一倍增器上双疲劳计的桥梁载荷谱检测方法,将疲劳传感器上两个疲劳计以不同方向粘贴得到不同放大系数,由恒幅标定数据和等效原理用插值方法得到复杂加载下疲劳响应计算方法,并根据桥梁载荷谱的瑞利分布特点,得到该分布下的疲劳响应计算方法.采用倍增器的双疲劳计结构设计,利用疲劳计响应的非线性特性,得到疲劳传感器电阻变化与桥梁瑞利载荷谱的对应关系.本文疲劳试验表明,试验载荷谱与预测载荷谱相当吻合,所设计的疲劳传感器性能良好,能够满足桥梁疲劳载荷检测要求.该传感器的检测原理提供了一种新的工程疲劳检测方法,它较目前采用的其它方法效率高、精度好,适用于长期疲劳监测.     

基于均匀荷载面曲率的简支裂纹梁损伤识别

为了采用模态参数对结构裂纹进行定位与定量,基于集中柔度模型,采用无质量的扭转弹簧模拟裂纹,建立简支裂纹梁的振动微分方程。针对现有柔度曲率指标仅能判断裂纹的大致范围,基于线性插值理论,建立裂纹位置与相邻测点均匀荷载面曲率差的关系,提出裂纹进一步定位公式,实现裂纹位置的精确定位。针对现有大多数损伤识别方法无法实现裂纹的损伤定量,基于位移曲率与结构刚度和弯矩的关系,理论推导了均匀荷载面曲率的结构刚度损伤程度识别方法,基于弹簧串联原理和线刚度思想,首次提出串联等效线刚度模型,建立裂纹深度与均匀荷载面曲率的关系,实现裂纹深度的定量。通过简支裂纹梁数值算例,考虑多裂纹的损伤情况,验证了新方法对裂纹定位与定量的有效性。     

基于疲劳传感器的桥梁载荷谱检测研究

设计了一种结构独特的应变增幅器,使疲劳计的响应灵敏度大大提高,从而使疲劳计较高响应门槛值能与结构高周疲劳情况相匹配,扩展了疲劳计的应用范围,满足了桥梁工程结构疲劳检测要求.由恒幅标定数据和等效原理用插值方法得到复杂加载下疲劳响应计算方法,并根据桥梁载荷谱的瑞利分布特点,得到该分布下的疲劳响应计算方法.采用增幅器的双疲劳计结构设计,利用疲劳计响应的非线性特性,得到疲劳传感器电阻变化与桥梁瑞利载荷谱的对应关系.该传感器的检测原理提供了一种新的工程疲劳检测方法,它较目前采用的其它方法效率高、精度好,适用于长期疲劳监测.疲劳实验表明,实验载荷谱与预测载荷谱相当吻合,所设计的疲劳传感器性能良好、满足桥梁疲劳载荷检测要求.     

基于模态参数考虑边界条件变异的桥梁结构损伤识别

根据桥梁结构的实际工程特性,分析其边界条件变异、结构损伤及其参数变化,采用约束优化理论,建立以实测和理论模态参数误差平方和最小为目标函数的优化反演问题。基于矩阵摄动理论引入与结构动力方程对应的特征值和特征向量的一阶、二阶摄动量,将优化反演问题简化为非线性最小二乘法优化反演问题。针对桥梁结构边界条件对模态参数影响显著的实际情况,实施桥梁结构边界条件预识别,采用单元模态应变能方法预定位损伤,提出考虑边界条件变异的桥梁结构损伤识别具体流程。以一磁浮轨道梁方案为例,采用数值模拟进行边界条件变异及损伤的识别验证,结果表明:该方法能够有效识别边界条件的变异及构件损伤,识别参数的相对误差最大为12.48%,具有较高的识别精度。     

信阳浉河大桥载荷实验

信阳浉河大桥是1997年建成的一座中承式拱桥,计算跨径为168m,计算矢高33.6m,矢跨比为1∶5,拱肋为箱型截面,拱肋高为3.5m,宽为1.5m。为了检测该桥当前的承载能力,于2004年1月对该桥进行了静动载试验。本文介绍了对该桥的实验检测内容,在实验中共考虑7种载荷工况。对桥梁进行了外观检测,将拱轴线型、桥面线型与设计进行了比较,发现拱轴略向南偏移;对桥梁进行了自振特性检测,自振频率与原设计结构的自振特性基本相同,说明该桥的整体性能很好;对桥梁进行了静载实验,对吊杆索力、控制截面的挠度、应变进行了测试。由检测试验结果可以得出结论:该桥整体性能基本上能满足正常使用要求,承载能力基本上达到了其设计承载能力。     

灰色相关性分析在结构静力损伤识别中的应用

基于灰色理论的相关性分析方法，首次提出了灰色曲率关联系数的概念并将其应用到结构的静力损伤识别中，提出了对局部损伤十分敏感的静态位移曲率置信因子SDCACi，通过该因子的大小对各节点所连接的单元是否会发生损伤进行精确的判断，然后运用最小二乘法对损伤区域的损伤程度进行识别．并将该方法应用于两端固支梁的损伤识别中，由识别结果可以证明：不论测量数据(用有限元仿真计算并考虑了测量误差)的多少，该方法对结构中的单损伤和多损伤都能进行准确的定位，因此该方法在大型结构及复杂结构的损伤识别中具有广阔的应用前景．