基于传递率函数法及小波分析的钢结构损伤检测方法研究

发布时间：2020-10-24 05:05

　　 随着经济和科技水平的飞速发展,各种复杂的空间结构建筑工程日益增多,而这些工程结构的工作环境和受力情况十分复杂,长此以往,损伤无法避免。由于长期受风力、水流等不可测力的影响,对这些结构进行损伤检测时,所受的输入力通常无法确定,只能通过传感器测得结构表面的输出响应,因此大型复杂结构的损伤检测具有极大的难度。而损伤位置的精确定位是建筑工程维修的前提,对于保证工程结构的安全稳定运行具有重要意义。本文详细讨论了利用传递率函数进行结构损伤检测方法,并从理论推导、仿真模拟和实验验证多个角度验证了该算法的可行性,主要研究工作如下:首先,基于多自由度运动微分方程,研究损伤结构在外部激励下的振动加速度信号频响特性变化,建立系统损伤传递率函数模型。在此基础上,研究一种以损伤结构传递率函数在一定频域范围内的变化量作为损伤指标的结构检测方法,并结合对称三对角矩阵的递归算法规律,研究损伤指标算法对于结构局部损伤的灵敏性。该算法具有运算过程简单、准确度较高的优点,且不需要外部激励的信息即可实现结构损伤检测与定位。其次,针对普通传递率函数对于结构中微小局部损伤灵敏性不足的问题,研究基于小波传递率函数的损伤指标计算方法,并结合小波分析的基本理论,分析小波传递率函数损伤检测方法的灵敏性,从理论上验证该算法的可行性。然后,通过ANSYS构建多层框架模型、门形框架模型和两种损伤模式,分别验证本文所提损伤检测算法在这两种损伤模型中不同损伤模式下的准确性;验证多层框架模型中不同程度的刚度损伤和质量损伤对算法检测结果的影响;通过Matlab对比普通传递率函数损伤指标和小波传递率函数损伤指标在不同损伤模型和不同损伤模式的可靠性。最后,构建门形框架损伤检测实验平台,分别对不同损伤模式下基于普通传递率函数和小波传递率函数的损伤检测方法进行了实验验证。实验结果表明,本文所提的损伤检测方法能够高效、准确地实现局部损伤定位,这对于大型复杂空间结构工程结构损伤检测技术的发展具有实际价值。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU391;TU317
【部分图文】：

随着我国经济建设迅猛发展，土木建筑领域也取得了巨大的成就，各种复杂大型钢结构建筑不断出现，其中，大跨度空间结构由于其体积巨大，造型别致等一系列优点而深受大家喜爱，并被应用到各种文娱设施中来。随着大跨度空间结构理论的不断发展及其设计理念日趋成熟，大跨度空间结构的发展迅猛，规模也越来越庞大，这些造型丰富优美的空间结构被广泛应用于大型会展中心、桥梁、大型铁路交通枢纽、体育馆、博物馆等，并成为国家和地区科技水平不断发展的见证。改革开放以来，我国钢产量大幅提升，城市钢结构建筑行业发展迅猛，极大的推动了钢结构建筑的发展与应用，许多地区都新建了许多造型新颖，体积巨大的钢材料空间结构，这些空间结构有的已成为城市或地区的标志性建筑，有数据显示，到 2010 年底，每年建筑用钢量达 3000 万吨以上；到 2014 年 9 月，我国已有桥梁 73.5 万座，其中钢结构桥梁数量众多；我国油气管道建设增长非常快。目前，我国长输油气管道里程已近 11万公里；我国核电发展迅速，仅 2015 年我国就核准开建 8 台核电机组，核电在建规模保持世界第一[1-2]。因此，钢结构建筑健康检测行业潜在市场规模非常大，每年对钢结构建筑健康检测产品需求呈现井喷式增长。

第 1 章 绪论且容易受施工过程和环境变化的影响，部分钢结构建筑还存在超负荷运营、检力等因素，甚至还存在结构设计缺陷，施工质量差等问题，而这些建筑的使用都在几十年以上，长期的环境因素影响、材料的老化、载荷的突变等因素不可钢结构之间连接螺栓发生松动、钢结构内部产生裂纹等一系列结构损伤，最终发生，严重威胁着人民的生命财产安全[3-6]。图 2 为典型钢结构因坍塌造成严的情景。

测结构注入热量分为主动式检测和被动式检测这两种，主动式低频超声波，利用超声的机械能在结构表面传播，在裂纹、断素影响下超声波机械能衰减，并产生热量，再通过红外成像技流动率的情况，被动式检测利用检测物体与周围环境的温度差环境进行热交换时的红外辐射。对于健康的结构，热流通常较扩散，温度场也分布均匀，对于损伤结构，结构表面会出现局这种方法主要适用于检测材料表面或者界面贴合处的损伤。17-18]利用铁磁性材料被磁化以后结构表面或者近表面的损伤有损伤的时候，结构表面是连续均匀的，磁感线被约束在材在损伤时，损伤位置的磁感应线流向会发生变化，部分磁通会表面并在其他位置再次进入检测结构中，从而形成漏磁场，通即可检测损伤。该方法对于铁磁性材料具有具有较高的检测速高，但该方法对技术操作要求较高，并且不能定量检测结构损初步检测。
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本文编号：2854056