基于实验模态分析结构损伤识别的研究

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1、中图分类号：O32;TB123论文编号：102870113-S088学科分类号：080104硕士学位论文基于实验模态分析的结构损伤识别的研究研究生姓名沈庆阳学科、专业工程力学研究方向机械振动系统的分析、测试及其控制指导教师纪国宜副研究员南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一二年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringDamageIdentificationofStructuresBasedonExpe

2、rimentalModalAnalysisAThesisinEngineeringMechanicsbyShenQingyangAdvisedbyAssociateProfessorJiGuoyiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2012承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为

3、获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要结构的健康监测和损伤识别对于分析结构的工作状态、评估结构的使用寿命和安全性具有重要的意义。在实验模态分析的基础上，根据结构动力学特性的结构损伤识别因其快速简单而成为目前学术界和工程界关注的热点。它融合了系统识别、振动理论、振动测试测量技术、信号采集等学科的知识，目前已广泛用于

4、航空航天、精密机床等领域。本文详细介绍了常见的梁、板结构的振动理论及其有限元知识，并基于摄动理论推导了模态应变能指标损伤定位的原理。本文提出了加权单元模态应变能变化率作为改进的损伤定位指标来降低噪声对定位结果的影响，并通过模拟噪声的影响来分析该指标的损伤定位效果及抗噪性。为了解决实测自由度振型向量不完整的问题，本文推导了仿照Guyan方法的动态扩阶方法，并采用该方法对实测振型向量进行扩充。最后，介绍了基于耗散率理论的单元损伤变量D的概念，理论推导了其作为损伤程度评估指标的原理。本文损伤识别的思路基本可以概括为以下两步：一是选取单元模态应变能变化率和改

5、进的加权的单元模态应变能变化率作为损伤定位指标，定位出损伤单元；二是采用单元损伤变量D来评估单元的损伤程度。实验部分安排了两端固支梁数值仿真实验和单边固支弹性薄板的实验。两实验均模拟了大量的损伤工况，以求发现该方法的优缺点及适用范围。最后，在本文研究的基础上开发出简单的损伤定位系统，为实际工程应用提供参考。关键词：模态分析，噪声，损伤识别，模态应变能，损伤变量，模态扩阶本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I基于实验模态分析的结构损伤识别的研究ABSTRACTHealthmonitoringofthestructureanddamageid

6、entificationhaveagreatsignificanceontheanalysisoftheworkingconditionofstructure,theevaluationoftheworkinglifeofthestructureanditssecurity.Themethodofstructuraldamageidentificationwhichisbasedonthestructuraldynamicscharacteristicsandexperimentmodalanalysishasbeenahottopicoftheac

7、ademicandengineering.Itincorporatesmanysubjectsincludingsystemidentification,vibrationtheory,testingandmeasurementtechniques,signalacquisitiontechnology,andithasbeenwidelyusedinaerospaceandprecisionmachinetoolsandsoon.Thispaperintroducesthevibrationtheoryandthefiniteelementtheo

8、ryofthebeamandplatestructurewhichhavebeenusuallyusedin