基于靈敏度分析的結(jié)構(gòu)動力模型修正及損傷識別研究.pdf

1、基于由動力實測結(jié)果識別的模態(tài)參數(shù)，利用有限元模型修正技術(shù)，修正初始有限元模型，可以充分發(fā)揮理論建模和實驗建模的優(yōu)點。經(jīng)過修正后的有限元模型能夠更準(zhǔn)確地反應(yīng)結(jié)構(gòu)的動力特性、更可靠地預(yù)測結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，同時還可以結(jié)合實測結(jié)果對結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識別和狀態(tài)評估。因此結(jié)構(gòu)模型修正及其損傷識別技術(shù)成為土木工程領(lǐng)域的一個前沿研究熱點。 對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力響應(yīng)預(yù)測、振動控制和結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估及健康監(jiān)測，首先必需詳細(xì)了解結(jié)構(gòu)的動力特性。結(jié)構(gòu)的動力特性和結(jié)

2、構(gòu)參數(shù)直接相關(guān)，這些模態(tài)特性可以通過有限元分析得到其理論值，也可以由實驗?zāi)B(tài)分析得到其實測值。結(jié)構(gòu)損傷的存在將引起相應(yīng)動力特性的改變，結(jié)構(gòu)動力特性的實測值與有限元理論值之間常常存在較大的差異，因此需要解決的問題是如何修正結(jié)構(gòu)的有限元模型，使得結(jié)構(gòu)模態(tài)特性的理論值趨近于實測值。本文介紹了矩陣優(yōu)化修正法、子矩陣修正法、基于敏感性分析的矩陣修正法、基于頻響函數(shù)的有限元模型修正法及設(shè)計參數(shù)型法等幾種有限元模型修正方法，并對各種修正方法的優(yōu)點做了

3、簡單闡述。由于設(shè)計參數(shù)型修正法具有物理意義明顯的特點，因此本文選擇這一方法，對利用該方法進(jìn)行模型修正及損傷識別進(jìn)行了深入的研究。 本文的工程背景為某鋼筋混凝土空腹桁架拱渡槽的現(xiàn)場動力實測數(shù)據(jù)，對該渡槽的模型修正表明，修正后的有限元模型能更好地反映結(jié)構(gòu)的動力特性，為更準(zhǔn)確地預(yù)測結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)、更可靠地評估結(jié)構(gòu)狀態(tài)奠定基礎(chǔ)。本文的試驗背景為同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點實驗室完成的12層鋼筋混凝土框架模型振動臺試驗數(shù)據(jù)。以該框架模型結(jié)

4、構(gòu)為對象，首先利用大型通用軟件ANSYS對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，提取前八階振型及頻率，然后針對有限元分析所得的理論頻率與實測頻率的差異，運用基于靈敏度分析的設(shè)計參數(shù)型模型修正法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，確立結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)有限元模型。最后，以結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率變化量模擬損傷信息，以模型修正過程中彈性模量變化量作為損傷標(biāo)識量，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識別。本文假定一個構(gòu)件和兩個構(gòu)件彈性模量的降低來模擬結(jié)構(gòu)相應(yīng)的單損傷及多損傷，用有限元分析相應(yīng)工況下結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率作為結(jié)構(gòu)損傷

5、后的實測頻率，以基準(zhǔn)有限元模型為標(biāo)準(zhǔn)，對模擬損傷后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，可以得到彈性模量變化量，再與實際假定的構(gòu)件損傷程度作比較，以驗證模型修正方法在結(jié)構(gòu)損傷識別中應(yīng)用的可行性。最后，初步用一實際試驗工況數(shù)據(jù)，對模型結(jié)構(gòu)在該工況下的損傷進(jìn)行了識別，并與試驗現(xiàn)象進(jìn)行了對比。損傷識別結(jié)果與實際損傷形式吻合，但不能確定構(gòu)件損傷的具體位置。 本文研究結(jié)果表明，基于靈敏度分析的設(shè)計參數(shù)型模型修正法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型修正時，收斂速度快、修正效率高；對