框架結構模型修正與損傷識別研究.pdf

1、利用結構動力特性的變化識別結構損傷是一種簡便快捷的方法，國內(nèi)外學者在這方面開展了卓有成效的研究工作，提出不少根據(jù)結構模態(tài)參數(shù)變化進行識別損傷的方法，這些方法受測量噪聲、測試不完備、模型誤差等因素影響較大，實際應用還有一定的困難。結構在線監(jiān)測與損傷識別實際應用主要包括兩個關鍵步驟：首先，結合實測數(shù)據(jù)利用模型修正手段建立比較精確的有限元理論模型(目的是為了減小模型誤差對損傷識別結果的影響)；其次，結合損傷后的實測模態(tài)數(shù)據(jù)在已建立的有限元理論

2、模型基礎上，運用損傷識別程序進行結構健康診斷。為了實用的目的，本文以框架結構為例針對這兩個關鍵步驟，分別對其基本理論、數(shù)學模型和計算方法進行了研究，主要研究內(nèi)容及結論如下：
　　 ①基于模型修正的框架結構有限元理論模型建立的主要內(nèi)容有以下幾點：
　　 1)采用ANSYS的solid45單元實體模型模擬實際的框架結構，MATLAB7.1編程模擬損傷識別所需的有限元理論模型，用實體模型分析模態(tài)數(shù)據(jù)來修正理論模型。
　　

3、 2)對模型修正的數(shù)學原理進行研究，其本質(zhì)上是一個有約束條件的非線性優(yōu)化問題。
　　 3)采用矩陣型法，對模型修正參考基的選擇方法進行了探討，認為應該選擇兩種模型振型形狀相似的實體模型模態(tài)參數(shù)作為參考基，如果選擇的參考基對應的振型形狀不一致，其修正精度會明顯下降。
　　 4)運用遺傳算法，以框架梁、柱計算長度為修正對象，對理論模型進行修正。對遺傳算法目標函數(shù)進行改進，將多目標函數(shù)轉化為單目標函數(shù)。使用頻率相對誤差和模態(tài)

4、置信度MAC對修正前后的動力特性進行比較，結果表明改進后的方法在前幾階模態(tài)上修正效果良好。
　　 ②基于框架結構有限元理論模型的直接解析法損傷識別的主要內(nèi)容如下：
　　 1)將靈敏度理論和迭代方法相結合推導出一種損傷識別的直接解析法。對直接解析法的數(shù)學原理進行研究，其本質(zhì)是一個不相容超定線性方程組的求解問題。
　　 2)針對直接解析法，對損傷識別所需的最低模態(tài)數(shù)目選取進行了研究，認為選擇的最低模態(tài)數(shù)目應該滿足兩個

5、主要條件：一是應該保證靈敏度矩陣的秩等于損傷變量數(shù)目；二是由于模態(tài)截尾誤差的存在，它還應該保證迭代過程是收斂的。
　　 3)從工程實用的角度，對直接解析法進行了兩個方面的改進：一是對模型進行了縮聚處理，經(jīng)過處理后的損傷基本方程只需要X方向振型位移(不需要轉角等不易測出的量)就可以求解出損傷值，算例分析表明改進是有效的。二是對模態(tài)截尾誤差進行了改善，改善后的方法將損傷識別所需的最低模態(tài)數(shù)目，由原來的23降低到了15。