基于能量指標的結(jié)構(gòu)損傷識別理論與試驗研究.pdf

1、隨著社會發(fā)展、科技進步以及人們對安全需求的提升，結(jié)構(gòu)損傷識別吸引了眾多學者的目光，已經(jīng)成為土木工程領域的一個研究熱點。土木工程結(jié)構(gòu)損傷識別技術對保護人民的生命財產(chǎn)安全有著重大的作用，開展這方面的研究具有重要的意義。
　　 現(xiàn)有的基于振動的結(jié)構(gòu)損傷識別方法主要是頻域的，在實際應用中具有局限性。
　　 時域損傷識別方法，利用時域測量信號，直接在時域內(nèi)進行損傷識別，不需要完備的模態(tài)信息，不會丟失信號的時域信息，有利于應用在實時

2、、在線的健康監(jiān)測中；
　　 基于能量的結(jié)構(gòu)損傷識別方法，將局部的損傷信息與結(jié)構(gòu)局部能量的變化聯(lián)系起來，對損傷更為敏感，而且不需要陣型求解、結(jié)構(gòu)建模?；诖?，本論文在國家自然科學基金（No. 50378041，50778077）的資助下，進行了基于能量指標的結(jié)構(gòu)損傷識別理論與試驗研究。
　　 本文在如下幾個方面進行了研究，綜合應用理論分析、數(shù)值模擬以及試驗驗證等手段，取得了一些結(jié)論和成果：
　　 (1)統(tǒng)計矩實質(zhì)上

3、是一種時域能量指標，具有很好的抗噪聲干擾能力，對剪切型結(jié)構(gòu)效果很好，但是不適合彎曲型結(jié)構(gòu)。為此，針對彎曲型梁結(jié)構(gòu)，提出了損傷識別兩步法：先識別損傷單元位置，再針對已識別的損傷單元利用模型修正得到其損傷程度。同時提出了位移4 階統(tǒng)計矩曲率指標，用來完成損傷定位工作。數(shù)值算例表明，位移4 階統(tǒng)計矩曲率指標具有很好的定位能力，該方法可以有效識別彎曲型結(jié)構(gòu)的損傷，具有很好的抗噪能力。
　　 (2)提出了基于加速度測試數(shù)據(jù)的動能密度指標，

4、并建立了損傷識別方法。利用該方法進行了簡支梁結(jié)構(gòu)的損傷定位，結(jié)合彎曲彈簧模型，識別了梁的裂紋深度。針對動能密度指標的局限性，利用基線修正、小波包變換等技術對該方法進行修正。通過連續(xù)梁數(shù)值模擬和一空間鋼框架的試驗，證明了該方法的損傷識別能力及抗噪能力。
　　 (3)結(jié)合一懸臂梁結(jié)構(gòu)，通過理論推導表明：應變變化與結(jié)構(gòu)的損傷單元位置一一對應，局部的損傷僅能引起對應部位應變的變化，遠離損傷地方的應變不發(fā)生變化；而位移則不具備此特性，一處

5、的損傷可以引起另一處位移的很大變化。因此，應變類參數(shù)非常適合于損傷定位。
　　 (4)提出了基于結(jié)構(gòu)應變響應的偽比能指標，能夠準確地指示結(jié)構(gòu)的損傷部位。
　　 通過缺口平滑擬合（GSM）技術，可以通過損傷后的偽比能曲線擬合出未損傷的偽比能指標值，這樣，該方法就不需要未損傷時的信息作為基準，這對于大部分現(xiàn)役結(jié)構(gòu)的損傷識別意義重大。另外，發(fā)展了統(tǒng)計偽比能指標與偽比能灰色關聯(lián)系數(shù)指標，拓展了偽比能指標的形式，提高了其識別效力。

6、通過與遺傳算法的結(jié)合，該方法可以在識別出損傷位置的基礎上定量得到損傷單元的損傷程度，與傳統(tǒng)的單一優(yōu)化算法相比，該方法大大降低了計算時間，提高了識別效率。
　　 (5)小波（包）變換是進行信號預處理的強大工具，原始測試信號通過小波（包）分解與重構(gòu)，選擇其中最有效的信號成分，可以提高信號對損傷的敏感性、剔除引發(fā)誤判的潛在因素，同時可以降低噪聲的影響。
　　 (6)通過理論推導表明，壓電薄膜能夠用于一維梁結(jié)構(gòu)、二維板結(jié)構(gòu)的動態(tài)