基于沖擊振動的位移柔度和應變柔度識別方法.pdf

1、結構健康監(jiān)測作為當前大型土木工程結構的安全保障系統(tǒng)，在對結構的正常服役狀態(tài)、突發(fā)事件預警、性能劣化評估、養(yǎng)護管理決策等方面發(fā)揮了重要作用。本文主要研究了基于沖擊的結構位移和應變柔度識別方法，論文的研究內容及創(chuàng)新點如下:
　　(1)利用環(huán)境振動數據識別結構的非縮放位移柔度。本文比較了位移頻響函數的三種不同計算方法，其中分別由沖擊振動數據和脈沖響應函數計算的位移頻響函數一致，都等于結構的理論位移頻響函數，但與環(huán)境振動數據計算的位移頻響

2、函數在各階模態(tài)分量處存在固定的幅值比，該幅值比由環(huán)境激勵力的強度和環(huán)境頻響函數識別的模態(tài)參數兩部分組成，由環(huán)境頻響函數可以計算結構的非縮放位移柔度，其與結構的真實位移柔度存在相同的幅值比。非縮放位移柔度具有實際意義，有助于工程技術人員了解結構的剛度分布和預測結構在靜載下發(fā)生的相對變形。數值模擬和試驗結構驗證了基于環(huán)境振動數據識別結構的非縮放位移柔度方法的有效性。
　　(2)結構在質量未知條件下的位移柔度識別。本文研究了位移柔度和位

3、移頻響函數的關系，發(fā)現(xiàn)位移頻響函數在頻率為零處的值等于結構的位移柔度系數，分別從實模態(tài)和復模態(tài)頻響函數中推導位移柔度計算公式，其中由實模態(tài)推得的公式需要知道結構的質量歸一化的位移振型，而由復模態(tài)推得的公式需要知道結構的模態(tài)縮放系數，采用模態(tài)參數識別算法—CMIF法識別結構的基本模態(tài)參數（固有頻率、阻尼比和位移振型）、系統(tǒng)極點和模態(tài)縮放系數，將這些參數代入復模態(tài)柔度計算公式可以識別結構的位移柔度，實現(xiàn)在質量未知條件下識別結構的位移柔度，該

4、方法具有較大的工程應用價值。采用實驗室簡支鋼梁結構對CMIF法識別位移柔度進行驗證，獲得了良好的位移柔度識別結果。
　　(3)長標距應變模態(tài)理論。本文推導了長標距應變模態(tài)的一系列理論公式，發(fā)現(xiàn)長標距應變頻響函數和位移頻響函數在表達式上具有相似性，但不具有位移頻響函數的對稱性，從長標距應變頻響函數矩陣中除了可以識別結構的固有頻率、阻尼比和系統(tǒng)極點外，還能用任意一列元素識別結構的應變振型，用任意一行元素識別結構的位移振型。根據長標距應

5、變的特性，也可以用共軛梁法從應變振型中直接計算位移振型，在實際操作中可以減少試驗工作量，提高試驗效率。
　　(4)結構在質量未知條件下的位移柔度和應變柔度融合識別。本文對識別位移柔度的CMIF法進行改進，實現(xiàn)了在不需要知道結構質量條件下識別應變柔度，通過比較位移柔度和應變柔度的計算公式，發(fā)現(xiàn)識別的應變模態(tài)參數也可以用于識別位移柔度，由此提出了通過一次性的應變模態(tài)分析實現(xiàn)結構位移柔度和應變柔度的融合識別方法，該方法在實際應用時能夠加

6、快試驗進度，提高工作效率。采用復雜橋梁有限元模型和試驗結構對融合識別方法進行驗證，并分析了方法的模態(tài)階段誤差、魯棒性和抗噪性以及傳感器的稀疏布置方案，獲得了良好的驗證結果。
　　(5)基于應變參數的損傷識別。本文研究了用識別的應變振型和應變柔度矩陣識別結構損傷，其中在簡支鋼梁試驗結構的損傷識別研究中，分別采用位移振型和應變振型計算了振型差、振型曲率差和振型曲率平方差這三個損傷指標，發(fā)現(xiàn)基于位移的損傷指標不敏感，而基于應變的損傷指標