基于動(dòng)力方法的桿件軸力識(shí)別技術(shù)研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文基于動(dòng)力方法的桿件軸力識(shí)別技術(shù)研究Investigationsonidentificationofaxialforcesinbarmembersbydynamicalvibrationtests學(xué)號(hào)：21206083完成El期：窒Q!墨生墨旦大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)己發(fā)展成為土木工程學(xué)科研究與發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。桿件結(jié)構(gòu)具有易于制作、形式簡(jiǎn)單

2、、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于大量實(shí)際工程(如火車站、體育場(chǎng)等)中，因此桿件結(jié)構(gòu)的軸力識(shí)別具有廣闊的應(yīng)用前景。本文對(duì)桿件結(jié)構(gòu)軸力識(shí)別問(wèn)題的研究主要有以下幾個(gè)方面：(1)通過(guò)對(duì)EulerBemoulli初等梁、初始Timoshenko梁和經(jīng)典Timoshenko梁三種理論進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)引入變形系數(shù)，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行修正，從本質(zhì)上改變Timoshenko梁理論將單元假設(shè)為剛體的情況，進(jìn)而得到了修正Timoshenko梁理論。通過(guò)分析對(duì)比修正T

3、imoshenko梁與經(jīng)典Timoshenko梁第一頻譜的精確度，對(duì)變形系數(shù)的取值給出了建議。(2)在修正Timoshenko梁理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了包含軸力的修正Timoshenko梁質(zhì)量陣和剛度陣，建立了受軸力影響的梁自由振動(dòng)四階微分方程，全面考慮了剪切變形、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、以及剪切變形引起的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，從而推導(dǎo)出基于頻率的改進(jìn)桿件軸力識(shí)別方法。在數(shù)值模擬過(guò)程中采用三種不同的邊界條件：兩端固支，兩端簡(jiǎn)支，一端固支一端自由，驗(yàn)證了該法的

4、可行性與適用性。該方法僅需測(cè)得對(duì)象桿件的基頻，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)桿件軸力的識(shí)別，簡(jiǎn)易可行，在工程實(shí)際中具有一定的實(shí)用性。(3)在第三章頻率法的基礎(chǔ)上，增加了桿件測(cè)點(diǎn)模態(tài)信息，提出了改進(jìn)的桿件軸力識(shí)別方法。該法不僅充分了考慮桿件的剪切變形、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及剪切變形引起的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，而且考慮了傳感器附加質(zhì)量的影響，進(jìn)一步完善了桿件軸力識(shí)別方法。然后通過(guò)MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，提取某桿件的前五階的頻率和模態(tài)參數(shù)，以此構(gòu)建特征方程從而識(shí)別桿件軸力

5、，從四個(gè)方面分析了修正Timoshenko梁相對(duì)經(jīng)典Timoshenko梁識(shí)別精度提高的原因，進(jìn)而通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性。(4)為了對(duì)文中第三、四章中所提方法進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，在第五章中，選擇了不同狀態(tài)(空間狀態(tài)、長(zhǎng)細(xì)比、寬厚比等)的桿件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，在大連理工大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室MTS810材料伺服機(jī)上進(jìn)行步進(jìn)式軸力加載試驗(yàn)，同時(shí)測(cè)量桿件在脈沖激勵(lì)下的加速度響應(yīng)，通過(guò)模態(tài)分析獲得桿件前五階的頻率和模態(tài)參數(shù)，從而識(shí)別了該桿件在不同加