結(jié)構(gòu)損傷全局檢測若干方法研究及應(yīng)用.pdf

1、區(qū)別于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)局部無損檢測技術(shù)(NDE)的結(jié)構(gòu)損傷全局檢測技術(shù)一般可以分為兩種：基于動(dòng)力學(xué)模型的損傷檢測方案和基于信號分析的無模型損傷檢測方案。本文第二章首先研究了基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的裂紋軸損傷位置和深度的識(shí)別問題，然后在第三章以后，主要篇幅用于研究基于信號分析，無模型的損傷全局檢測方案。針對結(jié)構(gòu)損傷全局檢測基本問題，采用仿真和試驗(yàn)手段分別研究了如何識(shí)別結(jié)構(gòu)體系中損傷的發(fā)生、損傷位置和損傷程度的不同方法。 第二章主要研究基于結(jié)

2、構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)損傷全局檢測方法。結(jié)構(gòu)裂紋檢測是一個(gè)較難的工程問題，為有效檢測具有單一開裂紋的圓軸中的裂紋位置和深度，首先建立了基于Euler-Bernoulli梁和局部柔度理論的單一開裂紋軸連續(xù)模型，并通過振動(dòng)分析研究了裂紋位置、深度與裂紋軸前兩階固有頻率、振型的關(guān)系。根據(jù)研究結(jié)果，提出了一種根據(jù)裂紋軸的前兩階固有頻率以及相應(yīng)第一階振型來識(shí)別裂紋位置和深度的方法。算例分析表明，在建立了完善的裂紋軸有限元模型或解析模型后，通過裂紋軸的

3、模態(tài)參數(shù)分析，可以有效地確定裂紋的位置和深度。 結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷后，如連接結(jié)構(gòu)的松動(dòng)會(huì)產(chǎn)生間隙而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的撞擊和摩擦，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號會(huì)產(chǎn)生某些奇異性，本文第三章利用小波奇異性檢測理論分析結(jié)構(gòu)在受損時(shí)的振動(dòng)信號，從而判斷結(jié)構(gòu)受損傷時(shí)刻，并著重研究了結(jié)構(gòu)在高斯白噪聲隨機(jī)激勵(lì)下，消除激勵(lì)對響應(yīng)信號奇異性影響的小波變換方法。支撐座結(jié)構(gòu)的簡單仿真模型分析以及鋼框架結(jié)構(gòu)仿真算例表明了該方法的有效性。 本文第四章根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EM

4、D)得到的信號分量特點(diǎn)，研究了兩種用于識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生的方法。采用EMD和Wigner-Ville分布(WVD)結(jié)合的時(shí)頻分析方法，可有效抑制交叉項(xiàng)干擾，同時(shí)不降低分析結(jié)果的時(shí)頻分辨率，這種方法適用于檢測旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷導(dǎo)致的倍頻成分；針對非旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷前后頻率變化不大的特點(diǎn)，采用限帶寬EMD分析并結(jié)合隨機(jī)減量方法，得到對應(yīng)結(jié)構(gòu)各階模態(tài)的自由衰減振動(dòng)信號，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷前后固有頻率和振型阻尼的識(shí)別，進(jìn)而判斷損傷的發(fā)生。鋼框架結(jié)構(gòu)仿

5、真算例表明，EMD-RDT方法可準(zhǔn)確識(shí)別結(jié)構(gòu)不同狀態(tài)下的各階固有頻率與振型阻尼；支撐座結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)分析表明該結(jié)構(gòu)的頻率與阻尼辨識(shí)結(jié)果可以作為判定螺栓組松動(dòng)發(fā)生的依據(jù)。 當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生早期損傷時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的基頻下降很少，因此有必要尋找對結(jié)構(gòu)早期損傷敏感的特征參數(shù)；另一方面，工程結(jié)構(gòu)及其輸出信號因受許多隨機(jī)干擾而存在許多不確定性，于是采用結(jié)構(gòu)損傷統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法也是一個(gè)必然。因此，第五章基于單傳感器測量信號的特征提取及統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別來識(shí)別

6、結(jié)構(gòu)的早期損傷及其損傷程度，研究并對比了ARX以及AR-ARX模型損傷特征參數(shù)序列在結(jié)構(gòu)不同損傷程度下的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，并進(jìn)行了不同參數(shù)下的討論。鋼框架結(jié)構(gòu)仿真算例和支撐座結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)分析表明均表明兩者可以及時(shí)反映結(jié)構(gòu)早期損傷以及早期損傷的不同程度，且對噪聲和傳感器的放置位置不敏感。 研究基于全局的結(jié)構(gòu)損傷位置識(shí)別方法很多，作為方法的補(bǔ)充，并出于博士論文完整性的考慮，第六章對鋼框架模型結(jié)構(gòu)，首先建立了鋼框架結(jié)構(gòu)連接螺栓松動(dòng)的動(dòng)力學(xué)