基于动力特性的梁式结构损伤识别研究

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1、学校代码10530学号201510181939分类号O327;TU311.3密级公开硕士学位论文基于动力特性的梁式结构损伤识别研究学位申请人苏彬建指导教师唐盛华学院名称土木工程与力学学院学科专业结构工程研究方向结构损伤识别二〇一八年五月ResearchondamageidentificationofbeamstructurebasedondynamiccharacteristicsCandidateSuBinjianSupervisorTangShenghuaCollegeCollegeofCivilEngineeringandMechanicsProgr

2、amStructuralEngineeringSpecializationStructuraldamageidentificationDegreeAcademicMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay.2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：

3、日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本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和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要动力特性的结构损伤识别方法是一种全局性、无损伤、快速监测的方法，具有突出的优点，而成为国内外研究的热点。虽然在理论上取得一系列的进展，但仍然存在许多问题。大多数损伤识别方法只能进行损伤定位和

4、定性判断损伤程度，能反应实际损伤程度的损伤识别方法不多，普遍存在定量误差较大、计算复杂的特点，有些还用到基准有限元模型。此外，由于忽略实际工程应用中存在的一些问题，使得能够应用于实际工程的不多。因此，研究能够正确反应结构损伤位置和损伤程度的方法，是采用动力特性的损伤识别技术中一个亟待解决的问题。其中敏感性参数的选择决定着损伤程度定量的成败，本文在已有的理论基础上，从敏感性参数选择和建立损伤程度与敏感性指标的显式关系出发，对简支梁和连续梁测点间全损伤形式和测点间局部损伤形式的损伤定量进行研究，主要内容包括：1.建立不同长高比下不同梁理论对应的简支梁模型，将不

5、同梁理论所求的解与弹性梁理论所求的解进行对比，分析不同梁理论的固有频率相对误差得出不同梁理论的适用范围，为结构损伤识别数值模拟验证在模型选择上提供参考依据。2.以实现结构损伤程度定量为目的，基于位移曲率与刚度的确定关系，对结构损伤程度定量公式进行推导，建立起结构损伤程度关于位移曲率变化的显式关系。由于位移曲率是静力参数，存在诸多缺点，因此寻求位移曲率的动力特性指标近似表达式，从而建立损伤程度关于动力特性指标的显式表达式。位移曲率指标的动力特性等价近似指标有均匀荷载面曲率差指标、曲率模态差指标、模态应变差指标。由于模态应变差指标需应变片靠近损伤区时才比较敏感

6、，因此不对模态应变进行研究。3.针对实际工程中损伤具有任意性，基于串联弹簧原理和线刚度思想提出测点等效线刚度损伤程度，建立测点等效线刚度损伤程度识别值与局部实际损伤程度之间的关系，基于线性插值原理提出损伤区间中间位置定位公式，基于位移叠加原理提出任意损伤长度定长公式，实现简支梁任意损伤长度的损伤程度识别。而对于连续梁由于弯矩重分布的影响，其任意损伤长度识别将有待进一步研究。4.针对损伤形式为裂纹的情况，等效线刚度难以正确反应实际损伤情况，因此基于裂纹的振动分析，采用集中柔度模型用扭转弹簧刚度减少来模拟损伤，提出裂纹串联等效线刚度模型，建立裂纹高度与测点等效

7、线刚度损伤程度之间的关系，从而实现裂纹高度定量。5.由于均匀荷载面曲率差与曲率模态差在损伤定位与定量时存在一定的局限性，因此在已有的指标基础上，研究均匀荷载面曲率差指标与曲率模态差指标的替代指标。(1)针对均匀荷载面曲率差指标难以识别超静定结构中位移拐点处的损伤，存在损伤漏判现象，且损伤定量时，在位移拐点处存在峰值干扰，提出逐跨均匀荷载面曲率差指I标。并吸取模态柔度曲率矩阵差、模态柔度差曲率矩阵采用行、列2次差分可以克服位移拐点处损伤无法识别的特点和均匀荷载面曲率差采用逐行相加的思想提出模态柔度矩阵曲率范数差指标。对现有的柔度曲率指标(均匀荷载面曲率差、柔

8、度曲率矩阵差、柔度差曲率矩阵)以及本文所提的逐跨均匀荷载面曲率差、