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1、振动与冲击第26卷第10期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVo.l26No.102007基于振动的结构损伤识别方法研究进展杨秋伟(绍兴文理学院土木工程系,浙江绍兴312000)摘要:对近几十年来基于振动的结构损伤识别方法进行了归纳和总结,重点阐述了无模型的损伤识别方法和损伤识别的模型修正法,对损伤识别的神经网络法、小波分析法和时域法等也作了一定程度的介绍。分析了各种方法的优点和不足之处,讨论了基于振动的损伤识别技术存在的主要问题,并对进一步的研究方向作了展望。关键词:损伤识别;振动;模态参数;模型修正中图分类号:O32;TH113.
2、1文献标识码:A随着科技和社会的迅速发展,大型的复杂的工程飞机热保护层的存在,所以无法直接接近其结构外层,结构不断涌现,如高层超高层建筑,大跨度桥梁,大型也就无法接近损伤区。因此,此时传统的非破坏测试水利工程,大型海洋平台,造价昂贵的飞机和航天设备方法不能检测出损伤部件,只能用基于振动分析的损等。这些重要的工程结构在服役期间,由于诸如外物伤识别方法,该法已被用作为航天飞机在轨道结构的碰撞,环境腐蚀,材料老化,荷载的长期效应和疲劳效标准检测工具。美国佛罗里达州的SunshineSkyway应等众多因素的影响,将会不断累积损伤,结构的局部Bridge上安装了500多
3、个传感器用于健康监测。国内损伤可能会导致结构整体的迅速破坏,由此而造成重方面,香港青马大桥安装了大量的传感器和应变片来大的工程事故,给人民的生命财产带来巨大的损失。长期监测桥梁的安全性,欧进萍等初步实现了渤海某[5]由于损伤而造成工程结构事故的例子在国内外已屡见平台结构的实时监测和安全评定工作。不鲜:1988年在美国夏威夷,一架波音737飞机因结构1损伤识别基本原理和方法分类元件破坏而发生了重大的飞行事故;1994年韩国汉城的圣水大桥断塌;1998年宁波大桥在施工工程中主跨基于振动特性改变的结构损伤识别方法已有几十断裂;1999年重庆彩虹大桥突然倒塌;1999年日本
4、发年的研究历史了。由于结构振动的模态参数(比如频生核泄露事故;2000年台湾高屏大桥事故;2001年巴率,振型和模态阻尼)是结构物理参数(如质量,刚度和[1]西某海洋平台倒塌等等。这些事故的频发给人们敲阻尼)的函数,因此结构物理参数的变化必然导致结构响了警种,让人们对各种工程结构在使用期间的损伤振动模态参数的变化,这就是结构损伤识别的基本原识别和健康监测越来越重视。传统的损伤检测方法是理。损伤识别通常分为三个水平:判断损伤的发生;确[6]可视的或局部的试验方法,如声波超声波方法,磁场方定损伤的位置;求解损伤的程度。早期的损伤识别[2]法,雷达成像,涡流或温度场方法等。这些
5、方法都要方法多集中于利用损伤前后频率的变化来判别损伤是求事先知道损伤的大概位置,且被检测部位是能够接否发生,后来逐渐发展到充分利用各种模态测试信息近到达的,故这些方法通常都只能检测结构表面及其(如位移振型,应变振型和频响函数)对损伤进行精确附近的损伤,且工作量大耗费高,不能对结构的健康状定位和定量。如今,结构损伤识别技术已与现代模态况进行实时监控。所以,发展整体的,适时的,适合于测量技术和现代数值分析方法紧密结合,在机械土木各种大型复杂结构的损伤检测方法已成为土木航空机航空海洋等众多工程领域显示其强大的生命力,结构[3]械海洋等众多工程界共同关心的热点问题。损伤识别方法也
6、呈现出一片繁荣的景象。基于结构振动特性改变的损伤识别方法是解决这结构损伤识别理论有许多种分类方法。从处理数一难题的有效方法之一。随着现代模态测试和分析技据序列上可分为频率域和时间域法。按照是否采用线术的日益精确和完善,基于振动的结构损伤识别方法性模型假设,损伤识别方法可以分为线性损伤识别理也迅速发展起来,并已开始被成功地应用于工程实践论和非线性损伤识别理论。由于线性振动理论已经相中,各国均投入了大量的人力物力对此展开研究工作。当完善和成熟,所以线性损伤识别方法是目前研究最[4]如美国NASA的航天飞机模态检测系统。由于航天多应用也最广泛的一类方法。按照是否采用原始结构的有
7、限元模型,线性损伤识别理论又可分为无模型损基金项目:浙江省自然科学基金(M503145)资助项目伤识别方法和有模型损伤识别方法。有模型损伤识别收稿日期:2007-01-04修改稿收到日期:2007-02-25方法即通常而言的模型修正法,因其既能对损伤定位作者杨秋伟男,博士,1979年9月生又能求解出损伤程度而受到广泛的重视。损伤识别的第10期杨秋伟:基于振动的结构损伤识别方法研究进展87模型修正法和单纯的模型修正技术还是有一些不同之仍然需要原始结构的模态数据,但有些年久的工程结处的,表现为:
