利用靜動態(tài)測試數(shù)據(jù)進行結構損傷診斷.pdf

1、結構在使用過程中會因各種因素而產(chǎn)生性能的退化，特別是決定國家經(jīng)濟命脈的結構，試圖了解和評估結構的損傷狀態(tài)，為其安全決策提供可靠的依據(jù)，是當今結構工程研究的熱點問題，其過程即所謂的結構損傷診斷(Damage Detection)和結構健康監(jiān)測(SHM：Structural Health Monitoring)。結構損傷指工程結構中存在和發(fā)生影響結構完成預定功能的缺陷。結構損傷診斷是對結構進行檢測與評估，確定結構是否存在損傷，分析判別損傷的

2、程度與部位，并對損傷的狀況和趨勢進行評估。
　　 傳統(tǒng)結構的可靠性是通過設計來保障的，但是結構設計并不能保證結構在使用階段的可靠性，因為許多結構由于設計不當或建造(制作)問題和不適宜現(xiàn)行規(guī)范，或者因在多年的使用過程中由于惡劣的環(huán)境--風、地震和超過使用荷載導致結構老化和惡化，從而使結構的安全受到威脅。如何科學、有效、可靠地檢測損傷的出現(xiàn)、分布和程度是結構損傷診斷研究的科學問題，也是近代結構工程界普遍關注和研究的學科前沿課題。

3、r>　　 為了更好的研究結構損傷診斷的方法，本文通過實驗和模擬研究了在靜、動態(tài)載荷作用下的受損懸臂梁的變形和受力情況。在實驗部分，利用本課題組近8年來開發(fā)研制的基于納米碳管與樹脂基復合材料的高靈敏度電阻式應變片、普通金屬絲應變片和壓電陶瓷片傳感器(PZT)，分別對結構的靜、動態(tài)應變信號進行采集，并利用采集到的應變信號進行結構的損傷診斷。在模擬部分，利用ABAQUS有限元軟件模擬了受損懸臂梁在靜、動態(tài)載荷作用下變形和受力的情況，提取應變

4、能、應變和固有頻率等，并對其進行分析。
　　 特別對于動態(tài)數(shù)據(jù)的處理，在以往的結構損傷診斷中，都是建立在以快速傅里葉變換(FFT)為核心的經(jīng)典信號處理方法上，基本上能滿足對平穩(wěn)信號的特征提取和分析；但對因結構承受載荷變化等原因而產(chǎn)生的非平穩(wěn)信號的特征提取則相對不足。本文首先用FFT分析采集到的數(shù)據(jù)，以得到結構在損傷時的時域和頻域的變化特征。其次采用信號處理的前沿技術--小波分析技術進行研究和探索，彌補了傳統(tǒng)信號處理方法的不足。<

5、br>　　 本文的研究工作主要有如下幾點：
　　 ①針對傳統(tǒng)金屬絲應變片靈敏度較低，在實驗的過程中需要信號放大橋路或增幅器，使用成本較高等不足，本課題組開發(fā)了基于納米碳管與樹脂基復合材料電阻式應變片，其具有非常高的靈敏度，可以對輕微損傷或部片位置遠離損傷的情況，進行有效的損傷監(jiān)控或診斷。
　　 ②針對在實驗過程中因設備和人為操作所引起的不可避免的誤差而產(chǎn)生的誤診，本文用有限元分析軟件模擬了結構在動、靜態(tài)載荷作用下的變形