基于模态分析的平面框架裂纹识别

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工程结构在使用过程中常会产生裂纹、腐蚀及配合松动等故障。当其发展到一定程度而又未能及时觉察时,便可导致破坏性事故,造成严重后果。为了及时检测到损伤所在位置及程度,国内外学者做了大量工作,提出了一系列结构损伤识别方法,但基于模态参数的损伤识别法仍属于最普遍最基本的方法之一 利用模态参数进行结构损伤识别,通常都需要用到结构损伤前的模态信息。这在实际工程中常常是难以做到的。因此,没有原始结构的模态参数的识别技术就显得尤其重要。从目前发表的文章看,仅仅利用损伤结构的模态参数进行损伤识别的极少。 近年来,一些研究者利用模态柔度的改变量对结构进行损伤识别,指出模态柔度比固有频率或振型对局部损伤更好的识别结构损伤。同时,有研究者通过对有关结构物的数值分析和实验研究证明了模态柔度比固有频率或振型对局部损伤更灵敏。 虽然利用模态柔度进行结构损伤识别具有较高的灵敏度,但是却要用到损伤前的结构模态参数,不利于实际应用。因此,有学者提出利用损伤结构模态柔度的曲率对结构的损伤进行识别,既有高的灵敏度又避免了使用原结构的模态参数。文献等在悬臂梁和简支梁的裂纹识别中采用了该方法,结果表明,柔度曲率法具有计算量小和简便易行的优点,而且仅需要低阶模态信息即可获得很好的精度。 有关文献表明,迄今为止,柔度曲率法尚未应用于平面框架结构的损伤识别。因此,本论文利用该方法对平面框架结构的裂纹识别问题进行了初步探讨。有限元分析表明,此法能够初步确定裂纹的位置;进一步结合实验分析,结果表明,无须知道结构损伤前模态参数,只需获取损伤结构前几个阶振动模态及频率并代入有关公式即可初步确定裂纹的相对位置。但不足之处在于不能评价结构损伤的严重程度,而且若要达到应用阶段,尚需做大量工作。
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