基于動力方法的桿件軸力識別技術研究.pdf

1、碩士學位論文基于動力方法的桿件軸力識別技術研究Investigationsonidentificationofaxialforcesinbarmembersbydynamicalvibrationtests學號：21206083完成El期：窒Q!墨生墨旦大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要結構健康監(jiān)測己發(fā)展成為土木工程學科研究與發(fā)展的一個重要領域。桿件結構具有易于制作、形式簡單

2、、應用范圍廣的優(yōu)點，應用于大量實際工程(如火車站、體育場等)中，因此桿件結構的軸力識別具有廣闊的應用前景。本文對桿件結構軸力識別問題的研究主要有以下幾個方面：(1)通過對EulerBemoulli初等梁、初始Timoshenko梁和經(jīng)典Timoshenko梁三種理論進行對比分析，通過引入變形系數(shù)，對轉動慣量進行修正，從本質(zhì)上改變Timoshenko梁理論將單元假設為剛體的情況，進而得到了修正Timoshenko梁理論。通過分析對比修正T

3、imoshenko梁與經(jīng)典Timoshenko梁第一頻譜的精確度，對變形系數(shù)的取值給出了建議。(2)在修正Timoshenko梁理論的基礎上，推導出了包含軸力的修正Timoshenko梁質(zhì)量陣和剛度陣，建立了受軸力影響的梁自由振動四階微分方程，全面考慮了剪切變形、轉動慣量、以及剪切變形引起的轉動慣量的影響，從而推導出基于頻率的改進桿件軸力識別方法。在數(shù)值模擬過程中采用三種不同的邊界條件：兩端固支，兩端簡支，一端固支一端自由，驗證了該法的

4、可行性與適用性。該方法僅需測得對象桿件的基頻，即可實現(xiàn)對桿件軸力的識別，簡易可行，在工程實際中具有一定的實用性。(3)在第三章頻率法的基礎上，增加了桿件測點模態(tài)信息，提出了改進的桿件軸力識別方法。該法不僅充分了考慮桿件的剪切變形、轉動慣量以及剪切變形引起的轉動慣量的影響，而且考慮了傳感器附加質(zhì)量的影響，進一步完善了桿件軸力識別方法。然后通過MATLAB軟件進行數(shù)值模擬，提取某桿件的前五階的頻率和模態(tài)參數(shù)，以此構建特征方程從而識別桿件軸力

5、，從四個方面分析了修正Timoshenko梁相對經(jīng)典Timoshenko梁識別精度提高的原因，進而通過實驗數(shù)據(jù)驗證了該方法的準確性。(4)為了對文中第三、四章中所提方法進行進一步驗證，在第五章中，選擇了不同狀態(tài)(空間狀態(tài)、長細比、寬厚比等)的桿件進行實驗室試驗，在大連理工大學力學實驗室MTS810材料伺服機上進行步進式軸力加載試驗，同時測量桿件在脈沖激勵下的加速度響應，通過模態(tài)分析獲得桿件前五階的頻率和模態(tài)參數(shù)，從而識別了該桿件在不同加