有限元模型修正及結(jié)構(gòu)破損識(shí)別方法研究.pdf

1、精細(xì)適宜的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型對(duì)工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)預(yù)測(cè)、振動(dòng)控制、結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估和健康檢測(cè)都具有十分重要的意義。國(guó)際上自六十年代開(kāi)始對(duì)有限元模型修正方法及結(jié)構(gòu)破損診斷方法的研究以來(lái),產(chǎn)生了大量的研究文獻(xiàn),構(gòu)成了數(shù)字樣機(jī)技術(shù)的核心理論之一。目前已在航天、航空及汽車等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。面向大型土木工程領(lǐng)域的相關(guān)研究,目前在國(guó)際上已經(jīng)成為力學(xué)研究的熱點(diǎn)之一,國(guó)內(nèi)有關(guān)的研究才剛剛起步。
　　 本文開(kāi)展了對(duì)有限元模型修正方法及結(jié)構(gòu)破損識(shí)別方

2、法的研究。有限元模型修正方法可以粗分為兩個(gè)大類,第一類是修正結(jié)構(gòu)的有限元模型,最具有代表性的應(yīng)該是Berman/Baruch方法。第二類是直接修正結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù),即結(jié)構(gòu)的幾何特性和物理特性參數(shù),如彈性模量等參數(shù)。比較具有代表性的是物理矩陣展開(kāi)法,特征對(duì)展開(kāi)法,攝動(dòng)法等。本文比較詳細(xì)地闡述了有代表性的有限元模型修正方法,針對(duì)Berman算法,實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)值算例,初步驗(yàn)證了Berman算法所具有的精度高,執(zhí)行容易,修正后矩陣失去帶狀性

3、等特點(diǎn)。
　　 結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)及破損診斷是一門(mén)新興的交叉科學(xué)技術(shù)。目前結(jié)構(gòu)破損診斷有多種方法,本文開(kāi)展了一種基于應(yīng)變變化測(cè)量的結(jié)構(gòu)破損診斷方法研究。該方法認(rèn)為在恒荷載作用下,破損后內(nèi)力重分布,引起應(yīng)變變化,通過(guò)應(yīng)變變化的識(shí)別,可以定位結(jié)構(gòu)構(gòu)件破損位置及破損程度。該方法有以下優(yōu)點(diǎn):首先,結(jié)構(gòu)的破損識(shí)別過(guò)程僅僅需要結(jié)構(gòu)的靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量,與結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)量過(guò)程比較,更加簡(jiǎn)單、可靠,同時(shí)可以簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)收集和存儲(chǔ)處理過(guò)程；其次,利用結(jié)構(gòu)的自

4、重進(jìn)行響應(yīng)激勵(lì),減少了昂貴和復(fù)雜的加載過(guò)程。本文建立了一端固接、一端簡(jiǎn)支的梁的解析破壞模型,將結(jié)構(gòu)構(gòu)件破損描述定量化、參數(shù)化。這樣,可以得到在各種破損情況下,梁上各個(gè)位置的應(yīng)變情況,當(dāng)假設(shè)破損參數(shù)接近實(shí)際破損情況時(shí),實(shí)際測(cè)量應(yīng)變與梁破壞模型預(yù)測(cè)的應(yīng)變之間差值將最小。借助于優(yōu)化算法,可以得到最優(yōu)的破損參數(shù),即最接近實(shí)際破損情況的破壞參數(shù)?；诒疚耐茖?dǎo)的解析破壞模型,編制了有關(guān)計(jì)算程序,數(shù)值算例初步驗(yàn)證了該解析破損模型的有效性。本文研究梁的