基于改进模态柔度曲率差的结构损伤识别方法.pdf

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1、设备设计／诊断维修／再制造现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１５年第３期基于改进模态柔度曲率差的结构损伤识别方法１１１２马立元，李世龙，王天辉，王钢（１军械工程学院四系，石家庄０５０００３；２６６４４０部队，石家庄０５０００３）摘要：针对柔度曲率差指标识别模糊和错误定位的问题，将灰色系统理论与柔度矩阵相结合，提出灰并联模态柔度曲率差指标，并提出损伤程度的判定方法，提高了指标对损伤的敏感性。采用变化柔度矩阵降低了噪声对损伤识别结果的影响。在一个直管结构上进行损伤识别应用，通过与柔度曲率差指标的数值模拟对比分析和实验验证，表明该指标在直管损伤识别

2、中具有一定的有效性。关键词：损伤识别；柔度矩阵；模态柔度曲率差；灰并联中图分类号：ＴＵ３１１；ＴＢ１２３文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１５）０３—０１３６—０６Researchondamagedetectionmethodbasedonimprovedmodalflexibility-curvatureanddifference１１１２ＭａＬｉｙｕａｎ，ＬｉＳｈｉｌｏｎｇ，ＷａｎｇＴｉａｎｈｕｉ，ＷａｎｇＧａｎｇ（１ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５０００３，Ｃｈｉｎａ；２６６４４０Ａｒｍｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０

3、５０００３，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ａｉｍｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕｅｓｔｉｏｎｏｆｉｌｌｅｇｉｂｉｌｉｔｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｎａｃｃｕｒａｃｙｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ａｎｅｗｄａｍａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｎａｍｅｄｂｙｇｒａｙｒｅｌａｔｉｏｎＭｏｄａｌＦｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙＣｕｒｖａｔｕｒｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（ＧＭＦＣＤ）ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｇｒａｙｓｙｓｔｅｍｔｈｅｏｒｙｗｉｔｈｍｏｄａｌｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｄａｍａｇｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎ

4、ｆｉｒｓｔ-ｏｒｄｅｒｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｆｏｒｍｕｌａ．Ｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｉｓｃｈａｎｇｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｎｏｉｓｅ．Ｔｈｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｉｓｕｓｅｄｉｎａｓｔｒａｉｇｈｔｐｉｐｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｃｕｒｖａ-ｔｕｒｅｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄａｄｖａｎｔａｇｅｏｆＧＭＦＣＤａｒｅｐｒｏｖｅｎｂｙｍｅａｎｓｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Keywords：ｄａｍａｇｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｆｌｅｘｉｂｉｌ

5、ｉｔｙｍａｔｒｉｘ；ＭｏｄａｌＦｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙＣｕｒｖａｔｕｒｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（ＭＦＣＤ）；ｇｒａｙｒｅｌａｔｉｏｎ典型的累加量，位移改变最大处不一定完全与损伤位０引言置趋于一致。尤其是对支撑处缺陷、轻微损伤或多处文献［１］的研究表明：利用柔度矩阵的改变量对损伤识别等情况，会存在模糊或者错误定位的问题，结构进行损伤识别，比固有频率或振型对局部损伤更从而影响了其在实际工程中的应用。采用模态柔度敏感。近年来，运用柔度矩阵作为模态参数指标进行曲率差方法进行损伤识别时，由于计算曲率使用的是结构损伤诊断和健康监测受到国内外学者的广泛关柔度差矩阵各列绝对值最大的元素，所以计算得到的注，也

6、发展出许多基于结构柔度矩阵的损伤识别指损伤程度指标相差不大，容易出现定位不准确的问［７］标。由于结构的柔度矩阵的模态贡献与模态频率的题。本文将重点研究以上问题的解决方法。平方成反比，随着模态频率的升高，高阶模态振型对１理论基础结构的柔度矩阵贡献越来越小，因此只需低阶模态数［２-５］据就能获得较高精度的柔度矩阵值。梁结构作为１．１柔度矩阵工程中经常采用的结构，在复杂的工作环境下可能会柔度矩阵法是基于结构振动特性的损伤识别方产生裂纹损伤，这些裂纹损伤对结构的正常工作是相法，它利用结构的反应或动力特性的变化对结构的整［６］当不利的。体性能进行损伤监测，即将结构系统的实测模态特性虽然利用损伤前、

7、后柔度的改变量可以进行结构与健康结构的模态特性进行比较，判断结构是否发生损伤识别，但由于柔度矩阵的每一列表示某个自由度损伤及损伤程度。施加单位力后各个观测点的一组节点位移，而位移是由振动理论可知，结构的柔度矩阵F可表１３６马立元，等：基于改进模态柔度曲率差的结构损伤识别方法２０１５年第３期［８］－１Ｔ－１Ｔ示为：F′＝ΦΛΦ（MΦΛΦ）（６）m－１Ｔ１Ｔ在结构损伤后的模态满足关于质量矩阵归一化F＝ΦΛΦ＝∑２φiφi（１）Ti＝１ω