基于模态应变能的结构损伤识别研究.pdf

《基于模态应变能的结构损伤识别研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、低温建筑技术2012年第6期(总第168期)基于模态应变能的结构损伤识别研究张斌，赵歆冬(西安建筑科技大学土木工程学院。西安710055)【摘要】文中应用有限元分析软件ANSYS10．0建立一个平面刚架结构模型。通过有限元模态分析获得未损伤结构与损伤结构的固有频率和振型。应用单元模态应变能法对模型进行损伤定位。结果证明这种方法对于平面刚架的损伤识别是有效的。【关键词】模态分析；损伤识别；损伤定位；模态应变能I中图分类号】TU328【文献标识码】A【文章编号】1001—6864(2012)06—0084—02STUD

2、YoNDAMAGElDENTⅡICATIONoFSTRUCTUREBASEDoNTHEMETHoDOFELEMENTMoDALSTRADENERGYZHANGBin，ZHAOXin—dong(SchoolofCivilEngi．，Xi’anUniv．ofArchitectureandTechnology，Xi’an710055，China)Abstract：ThispaperusedthefiniteelementanalysissoftwareANSYS10．0toestablishamodelofplanetr

3、uss，thengotthenaturalfrequenciesandmodeshapesofintactstructureandthedamagedstruc—turebythemodalanalysis．ModalparameterswereappliedO11thedamagedetectionmethodwhichisbasedonelementmodalstrainenergy，themethodsareusedtofindoutthedamagelocationofthemod—e1．Resultssh

4、ownthismethodwhichisusedtoidenti~damageofspatialstructurewasvalid．Keywords：modalanalysis；damageidentification；damagelocation；modalstrainenergy土木工程结构是确保人类学习、工作与生活的物质基A=A+△A(3)础⋯。结构的健康状况和性能更是人类生命和财产安全的=+△．=+善△=+，c哆(4)重要保障。结构经受地震、台风、火灾等各种自然和人为的式中，L为结构的单元总数；m为计算结构

5、的模态阶数；破坏会出现不同程度的损伤。当损伤积累到一定程度，就与c为待定系数。会导致结构基本性能的下降甚至是丧失L2]。若不及时发现结构在未损伤状态和损伤状态第个单元第i阶模态的这些结构的损伤，就有可能造成国家和人民的生命与财产单元模态应变能可以定义为：的严重损失。MSE=K印5随着科技的发展，结构损伤识别的研究与应用得到了广泛的关注。基于单元模态应变能的损伤检测是当前学MSE：=9(6)者应用最广泛的健康监测方法之一。式中，与分别表示未损伤结构和损伤后结构的第1单元模态应变能法i阶振型；K为未损伤结构第个单元的单

6、元刚度矩阵。结构在发生损伤后刚度会发生改变，从而导致结构的内因此，结构第个单元在未损伤与损伤后的单元模态应力发生重分布，结构发生损伤区域的模态应变能也会随之发变能的改变量为：生改变。一个自由度为n的结构，其动力方程可表示为：MSEC=MSE；一MSE(7)K=KMA(1)把(7)式带入公式(2．20)中，忽略掉高阶项后，可得：式中，为未损伤结构的nXn阶的刚度矩阵；为未损MSEC=2△西(8)伤结构的n×阶的质量矩阵；为结构的振型矩阵；A为结则结构第个单元在未损伤状态与损伤后的单元模态构的特征值矩阵。应变能变化率为

7、：假定结构的损伤主要由于局部刚度的降低来实现的，MSECR~=(9)与质量无关，因此ZlM：0。则结构在损伤之后的刚度与振型分别为：但是结构的随机噪声会对其精度产生影响，为了降低LL影响可以采用结构多阶模态的振型对结构的损伤进行定=K+AK=K+∑△=+∑(2)位。由此得出，结构第个单元损伤前、后的单元模态应变张斌等：基于模态应变能的结构损伤识别研究85能变化比为：采用直径为30mm的钢杆。刚架两端采用简支支座。1m朋【SECR利用有限元分析软件ANSYS10．0建立平面刚架，并进MS~CR,(1o)行模态分析。建

8、模时模型采用Q235钢，E=2．1x10MPa，式中，MSECRi,m~,"为结构在单元模态应变能比中的最泊松比0．3，密度7．85x10kg／m，所有纵、横、斜撑均采用大值。Link8单元，钢球采用MASS21单元。通过计算结构未损伤与损伤后的单元模态应变能的变建模时将每根纵、横、斜撑都可以划分为1个单元，因此化量MSEC可以对结构的损伤进行定位。在损伤结