基于数字图像相关和模态应变能的损伤识别
发布时间：2022-10-05 16:49
为了防止土木工程结构在服役的过程中遭受自然或人为因素的影响而破坏,研究学者提出了很多识别方法对现役结构的损伤进行检测,进而及早地维修和加固结构。其中,模态应变能识别方法是目前使用较为广泛的一种指标,它同时考虑刚度和振型的影响,比仅采用一种模态参数的识别方法具有一定的优势。本文采用Timoshenko梁的理论对模态应变能进行推导,然后介绍其损伤定位机理和识别指标,进而建立一个空间钢桁架数值模型来验证该指标的损伤定位效果,并重点讨论损伤程度、损伤杆件位置及损伤单元数量对识别效果的影响。数值分析结果表明:不同类型的杆件识别效果不同,中部杆件的识别效果较端部杆件的识别效果好;损伤杆件数量较少时,识别结果较准确;由于损伤程度的不同,多损伤情况易受到周边干扰单元的影响,容易存在误判漏判的现象。在实际应用中,基于振动信息的损伤识别法通常采用传感器来测量动态信号,并通过某种数学处理手段构造损伤指标来发现损伤、定位损伤和估计损伤量。该测量方法虽然灵敏度和精确度都很高,但由于在复杂的结构中测量时,需要测点数目很多,且受结构设计的影响不太好放置,传感器布置的问题是当前损伤识别领域的一个很大的障碍。本文采用数...
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 结构损伤识别方法
1.2.1 基于模态参数的损伤识别方法
1.2.2 基于振动响应的损伤检测方法
1.2.3 基于模型修正的损伤识别方法
1.2.4 基于智能算法的结构损伤识别方法
1.3 本文主要的研究思路与工作内容
1.3.1 本文主要研究思路
1.3.2 本文主要工作内容
第二章 模态应变能损伤识别的相关理论
2.1 引言
2.2 模态分析理论
2.2.1 梁的弯曲振动微分方程
2.2.2 振型函数的正交性
2.2.3 频响函数
2.2.4 模态参数识别
2.3 空间Timoshenko梁的单元模态应变能
2.3.1 单元位移函数
2.3.2 空间Timoshenko梁单元的应变及应力表达式
2.3.3 空间Timoshenko梁单元的模态应变能
2.4 单元模态应变能损伤识别原理
2.5 本章小结
第三章 基于模态应变能的空间钢桁架结构数值模拟
3.1 引言
3.2 空间钢桁架结构的模型设计
3.3 钢桁架结构仿真模拟
3.3.1 损伤工况的设立
3.3.2 模态参数获取
3.3.3 基于模态应变能变化率的损伤定位结果与分析
3.4 本章小结
第四章 数字图像相关技术与小波阈值降噪理论
4.1 引言
4.2 数字图像相关性(DIC)的研究现状
4.3 数字图像相关性(DIC)的基本原理
4.4 DIC误差分析
4.4.1 系统误差
4.4.2 随机误差
4.5 小波阈值降噪相关理论
4.5.1 小波分析理论
4.5.2 多分辨率分析
4.5.3 小波降噪
4.6 本章小结
第五章 基于DIC和加速度传感器试验的损伤识别对比
5.1 实验模型
5.2 实验目的
5.3 振动信号的采集
5.3.1 实验设备
5.3.2 软件参数设置
5.3.3 实验工况设置
5.3.4 实验的方法和步骤
5.3.5 实验振动信号
5.4 基于DIC和加速度传感器试验的损伤识别结果与分析
5.4.1 实验模态分析
5.4.2 损伤定位结果与对比
5.4.3 小波软阈值降噪及损伤识别结果
5.5 本章小结
结论与展望
全文总结
研究展望
参考文献
攻读硕士期间的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DIC方法的预应力梁桥疲劳试验研究[J]. 赵亚军,窦远明. 混凝土与水泥制品. 2017(06)
[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]基于频响函数与主成分分析的网架结构损伤检测方法研究[J]. 王孟鸿,宋春月,姬晨濛. 建筑结构. 2017(04)
[4]基于模态柔度理论的结构损伤诊断试验研究[J]. 周云,蒋运忠,易伟建,谢利民,贾凡丁. 湖南大学学报(自然科学版). 2015(05)
[5]基于模态应变能的不同损伤指标对比[J]. 郭惠勇,盛懋. 河海大学学报(自然科学版). 2014(05)
[6]基于振动的结构损伤识别方法研究[J]. 邹志强,吴斌. 舰船电子工程. 2014(04)
[7]基于应变能等效指标的结构损伤识别技术研究[J]. 郭惠勇,李正良. 固体力学学报. 2013(03)
[8]数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用[J]. 杭超,杨广,李玉龙,于起峰,郭亚洲. 航空学报. 2013(10)
[9]基于频响函数虚部的板结构损伤检测方法研究[J]. 高海洋,郭杏林,吴明勇. 振动与冲击. 2012(12)
[10]基于能量变分剪切效应空间梁单元刚度矩阵及荷载列阵推导[J]. 潘文军,叶献国. 工业建筑. 2012(06)
博士论文
[1]基于振动响应的结构损伤检测方法研究[D]. 杨斌.湖南大学 2014
[2]基于振动信息的结构损伤识别的几种新方法[D]. 安永辉.大连理工大学 2013
[3]空间网格结构极限承载力及损伤免疫力分析方法研究[D]. 张慎.武汉大学 2009
硕士论文
[1]基于图像相关的结构变形全过程测量方法[D]. 霍晓洋.哈尔滨工业大学 2015
[2]小波降噪在结构损伤识别中的应用[D]. 陈侨.华中科技大学 2015
[3]数字图像相关（DIC）测量方法在材料变形研究中的应用[D]. 白晓虹.东北大学 2011
[4]数字图像处理技术在梁索结构振动测试中的应用研究[D]. 黄文.广州大学 2011
[5]基于数字图像处理技术的连续梁振动测试研究[D]. 刘超.广州大学 2011
[6]采用转角信息重构的梁式结构损伤识别[D]. 幸静.重庆大学 2011
[7]结构损伤识别理论及应用研究[D]. 孙文秀.西安建筑科技大学 2010
[8]基于应变模态的圆拱结构损伤检测实验研究[D]. 崔鹏.暨南大学 2009
[9]基于不完备实测信息的结构损伤识别研究[D]. 杨树高.河海大学 2007
[10]基于小波分析的结构损伤检测[D]. 王怀群.华中科技大学 2004
本文编号：3686146
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 结构损伤识别方法
1.2.1 基于模态参数的损伤识别方法
1.2.2 基于振动响应的损伤检测方法
1.2.3 基于模型修正的损伤识别方法
1.2.4 基于智能算法的结构损伤识别方法
1.3 本文主要的研究思路与工作内容
1.3.1 本文主要研究思路
1.3.2 本文主要工作内容
第二章 模态应变能损伤识别的相关理论
2.1 引言
2.2 模态分析理论
2.2.1 梁的弯曲振动微分方程
2.2.2 振型函数的正交性
2.2.3 频响函数
2.2.4 模态参数识别
2.3 空间Timoshenko梁的单元模态应变能
2.3.1 单元位移函数
2.3.2 空间Timoshenko梁单元的应变及应力表达式
2.3.3 空间Timoshenko梁单元的模态应变能
2.4 单元模态应变能损伤识别原理
2.5 本章小结
第三章 基于模态应变能的空间钢桁架结构数值模拟
3.1 引言
3.2 空间钢桁架结构的模型设计
3.3 钢桁架结构仿真模拟
3.3.1 损伤工况的设立
3.3.2 模态参数获取
3.3.3 基于模态应变能变化率的损伤定位结果与分析
3.4 本章小结
第四章 数字图像相关技术与小波阈值降噪理论
4.1 引言
4.2 数字图像相关性(DIC)的研究现状
4.3 数字图像相关性(DIC)的基本原理
4.4 DIC误差分析
4.4.1 系统误差
4.4.2 随机误差
4.5 小波阈值降噪相关理论
4.5.1 小波分析理论
4.5.2 多分辨率分析
4.5.3 小波降噪
4.6 本章小结
第五章 基于DIC和加速度传感器试验的损伤识别对比
5.1 实验模型
5.2 实验目的
5.3 振动信号的采集
5.3.1 实验设备
5.3.2 软件参数设置
5.3.3 实验工况设置
5.3.4 实验的方法和步骤
5.3.5 实验振动信号
5.4 基于DIC和加速度传感器试验的损伤识别结果与分析
5.4.1 实验模态分析
5.4.2 损伤定位结果与对比
5.4.3 小波软阈值降噪及损伤识别结果
5.5 本章小结
结论与展望
全文总结
研究展望
参考文献
攻读硕士期间的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DIC方法的预应力梁桥疲劳试验研究[J]. 赵亚军,窦远明. 混凝土与水泥制品. 2017(06)
[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]基于频响函数与主成分分析的网架结构损伤检测方法研究[J]. 王孟鸿,宋春月,姬晨濛. 建筑结构. 2017(04)
[4]基于模态柔度理论的结构损伤诊断试验研究[J]. 周云,蒋运忠,易伟建,谢利民,贾凡丁. 湖南大学学报(自然科学版). 2015(05)
[5]基于模态应变能的不同损伤指标对比[J]. 郭惠勇,盛懋. 河海大学学报(自然科学版). 2014(05)
[6]基于振动的结构损伤识别方法研究[J]. 邹志强,吴斌. 舰船电子工程. 2014(04)
[7]基于应变能等效指标的结构损伤识别技术研究[J]. 郭惠勇,李正良. 固体力学学报. 2013(03)
[8]数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用[J]. 杭超,杨广,李玉龙,于起峰,郭亚洲. 航空学报. 2013(10)
[9]基于频响函数虚部的板结构损伤检测方法研究[J]. 高海洋,郭杏林,吴明勇. 振动与冲击. 2012(12)
[10]基于能量变分剪切效应空间梁单元刚度矩阵及荷载列阵推导[J]. 潘文军,叶献国. 工业建筑. 2012(06)
博士论文
[1]基于振动响应的结构损伤检测方法研究[D]. 杨斌.湖南大学 2014
[2]基于振动信息的结构损伤识别的几种新方法[D]. 安永辉.大连理工大学 2013
[3]空间网格结构极限承载力及损伤免疫力分析方法研究[D]. 张慎.武汉大学 2009
硕士论文
[1]基于图像相关的结构变形全过程测量方法[D]. 霍晓洋.哈尔滨工业大学 2015
[2]小波降噪在结构损伤识别中的应用[D]. 陈侨.华中科技大学 2015
[3]数字图像相关（DIC）测量方法在材料变形研究中的应用[D]. 白晓虹.东北大学 2011
[4]数字图像处理技术在梁索结构振动测试中的应用研究[D]. 黄文.广州大学 2011
[5]基于数字图像处理技术的连续梁振动测试研究[D]. 刘超.广州大学 2011
[6]采用转角信息重构的梁式结构损伤识别[D]. 幸静.重庆大学 2011
[7]结构损伤识别理论及应用研究[D]. 孙文秀.西安建筑科技大学 2010
[8]基于应变模态的圆拱结构损伤检测实验研究[D]. 崔鹏.暨南大学 2009
[9]基于不完备实测信息的结构损伤识别研究[D]. 杨树高.河海大学 2007
[10]基于小波分析的结构损伤检测[D]. 王怀群.华中科技大学 2004
本文编号：3686146
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