基于位移响应协方差参数的数值仿真和实测损伤识别研究

发布时间：2021-04-11 12:49

　　本文使用结构位移响应协方差参数进行结构损伤识别,首先推导和建立位移响应协方差参数的解析公式,它是结构频率、振型和阻尼等模态参数的函数,结构物理参数的改变会导致该协方差参数的改变;对一个七层框架结构进行数值模拟分析来演示该方法的有效性,通过比较结构不同状态下各单元位移响应协方差参数CoD的分布曲线,研究各单元CoD与损伤程度的关系曲线,发现损伤位置处的CoD改变最大,其次是对称和附近单元,通过单损伤和多损伤工况研究分析,表明基于结构损伤前后CoD的改变,能成功判定损伤发生和识别出损伤位置,最后把该方法应用于一个实验室简支钢梁的损伤识别,通过对锤击振动下的加速度响应进行二次积分得到位移响应,并比较钢梁损伤前后的CoD,得到损伤概率向量,成功识别出损伤位置。该方法具有较好的噪声鲁棒性,无需结构分析模型,计算简便,具有较好的工程应用性。 

【文章来源】：计算力学学报. 2020,37(05)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

七层框架结构及尺寸

假定第12单元刚度以5%的梯度从100%逐渐减少到50%,总计有11个损伤状态,即刚度减少0%,5%,10%,…,50%。计算结构每个状态各节点处的位移响应,并用式(4)计算位移单位脉冲响应函数IRF,进而计算得到每个状态各单元的CoD,11个状态各单元的CoD分布如图3所示,除了第12单元和第45单元外,11个状态的CoD分布曲线在其他单元处几乎重合,第12单元为损伤单元,第45单元为其对称单元,每个单元的CoD与损伤程度的关系曲线如图4所示,可以看出只有第12、11、13、21、41、42、44、45和46等单元的CoD变化显著,其他单元的CoD曲线呈水平走向,表示随着损伤程度的增加,变化较少;变化较明显的9个单元的CoD曲线重新集中如图5所示,可以看出,最陡的曲线为第12单元的CoD曲线,而且是单调递增的,该研究表明,损伤单元的CoD变化最大,能够准确识别出损伤位置,但是在损伤单元附近和对称单元的CoD变化也较明显。这是由于损伤单元和邻近单元有共同节点,损伤单元跟其对称单元有相同的振型分量,所以导致邻近单元和对称单元的CoD的改变也较大,造成误判。图3 第12单元刚度减少时CoD的分布

图2 七层框架结构有限元模型单元和节点编号对第6单元也做同样的分析研究,即以5%的递度,刚度减少从0%增加到50%,总共11个结构损伤状态,11个状态各单元CoD的分布如图6所示,可以看出只有第6、51和52单元,由于损伤程度不同,而有CoD的显著变化,不同损伤状态时CoD分布曲线在其他单元几乎重合,九个变化显著单元的CoD与损伤程度的关系曲线如图7所示,可以看出,第6单元的CoD有最显著的变化,其次是第51和52单元,它们是单元6的对称单元;说明单元刚度减少会使该单元的CoD产生最大的改变,所以利用CoD参数可以进行结构损伤识别。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]基于应变脉冲响应协方差的损伤识别方法研究[J]. 李雪艳,张惠民.  力学学报. 2017(05)
[3]基于加速度二次协方差矩阵参数变化比法的环境振动下结构损伤识别[J]. 王立新,李雪艳,姜慧,朱嘉健.  振动与冲击. 2016(08)
[4]环境激励下结构模态参数识别方法综述[J]. 刘宇飞,辛克贵,樊健生,崔定宇.  工程力学. 2014(04)
[5]频率变化平方比向量确定结构损伤位置[J]. 董五安,杨世浩.  噪声与振动控制. 2013(03)
[6]基于应变模态小波变换的框架结构损伤识别研究[J]. 管德清,黄燕.  计算力学学报. 2010(02)
[7]基于结构振动损伤识别技术的研究现状及进展[J]. 王术新,姜哲.  振动与冲击. 2004(04)
[8]环境振动系统识别方法的比较分析[J]. 任伟新.  福州大学学报(自然科学版). 2001(06)
[9]用单位脉冲响应函数识别振动系统的模态参数和物理参数[J]. 周传荣,包益民.  振动.测试与诊断. 1986(04)

博士论文
[1]土木工程结构模态参数识别[D]. 禹丹江.福州大学 2006
[2]基于振动的桥梁结构损伤识别方法研究[D]. 谢峻.华南理工大学 2003

硕士论文
[1]基于动力分析的结构损伤检测方法研究[D]. 岳艳芳.东南大学 2004



本文编号：3131285