基于单位载荷变形差值曲率的承载钢结构损伤识别-燕山大学学报.PDF

卷 期 燕山大学学报 年 月 文章编号：1007-791X (2012) 06-0556-05 基于单位载荷变形差值曲率的承载钢结构损伤识别 韩东颖 ，时培明 ，阳鑫军 ，褚庆忠 ，李纪召 （ 燕山大学 车辆与能源学院，河北 秦皇岛 ； 燕山大学 电气工程学院，河北 秦皇岛 ） 摘 要：损伤是影响承载钢结构性能最重要的因素，及时、准确地诊断承载钢结构的损伤是保证系统安全可靠 的前提。根据模态柔度比固有频率或振型对损伤更敏感的特点，提出了基于柔度矩阵的单位载荷变形差值曲率 法识别承载钢结构的损伤。该方法将基于动力的 度和静力测试中的变形结合起来，以动力测试数据反映结构 静力特征的变化，当有损伤或损伤增大的时候，单位载荷变形差值曲率有更明显的变化。首先，建立了低阶的 模态观测数据与柔度矩阵的表达式。其次，推导了单位载荷变形与柔度矩阵的关系，结合曲率模态和变形差值 的思想，提出了基于单位载荷变形差值曲率识别承载结构损伤的方法。最后，通过对承载钢结构模型的损伤识 别得出：该方法所需模态信息量小，只需一阶频率和振型信息即能够准确定位单损伤、两损伤；对于多损伤可 以识别，精度有所下降，但基本可以满足工程要求。 关键词：承载钢结构；损伤识别；单位载荷；变形差值曲率；柔度矩阵 中图分类号：TU312.3；TP206 文献标识码：A DOI：10.3969/j .issn.1007-791X .2012.06.014 引言 法在复杂空间钢结构的应用方面还少有报道。对大 型复杂承载钢结构进行激振困难，一般只能利用环 复杂承载钢结构的安全可靠性对社会、经济有 境激励精确地获得结构的前几阶模态数据，因而探 重要影响，正确评定结构的实际性能是结构安全可 讨基于柔度矩阵的方法识别损伤具有重要的工程 靠工作的基本前提 。结构损伤是影响结构性能最 意义。本文将基于动力的 度和静力测试中的变形 重要的因素，基于结构动力响应的损伤识别方法是 结合起来，以动力测试数据反映结构静力特征的变 近年来研究的热点 。基于结构动力响应的损伤识 化，提出基于单位载荷变形差值曲率识别复杂结构 别首先要解决动力损伤指标的选择问题。常用的动 损伤，经计算，只需一阶模态数据就可识别单损伤 力损伤指标有频率、振型、模态置信准则（ ）、 和多损伤。 坐标模态置信准则（ ）、曲率模态差、模 态柔度差和应变模态差等 。这些指标对损伤的 单位载荷变形差值曲率识别损伤 敏感程度差别较大，其中模态柔度对损伤的敏感程 针对大型承载钢结构的特点，模态试验中只能 度远高于频率和振型 。由理论可知，模态柔度 准确获得少量的前几阶模态参数。而且，对于多自 对结构的低频动力特征改变比较敏感，且低阶模态 由度体系，测试自由度往往远小于结构本身自由 可从结构的振动信号中以较高精度提取出来，故基 度，使损伤识别精度受到影响。随着模态频率的升 于模态柔度的方法成为结构损伤识别中一类重要 高，高阶模态振型对结构柔度矩阵的贡献越来越 方法，近些年来国内外学者也有多方面的研究进 小。因此，只需低阶的几阶模态观测数据即能获得 展，发展了基于柔度差 、柔度曲率 、柔度曲