基于神经网络的结构损伤检测方法的研究-机械电子工程专业论文.docxVIP

太原理工大学硕士研究生学位论文 太原理工大学硕士研究生学位论文 PAGE PAGE 3 余三个等级的任务 。如果将基于振动的分析方法与结构的模型相联合，则能够解决部分 等级三和等级囚的任务。若要解决等级五的 任务层次 ，则要求我们具备更多的专业知识 和做更深入的专业研究。 结构损伤检测的方法经过近些年的发展，现在已经有 了许多种方法和与之相对应的 测试仪器，如 Doebling(6)等就对 1996 年以前的检测方法做了详细的综述， 而 Paul Fqnningl7J等对 1996 至 2004 年期间的检测方法做了详细的综述 。结构损伤检测 方法的分 类方法有很多种，从不同的方面可将其分为整体检测和局部检测、有损检测和无损检测、 基于模型的参数识别和无模型的系统识别 (8，91等等 ，但各类方法间互相联系，因此 至今 并没有很明确 的分类界限。目前应用最为广泛的是基于振动分析的损伤检测方法，下面 就针对振动分析所用 的信息对这些方法进行叙述。 1.基于固有频率的损伤检测方法 我们知道，损伤会使结构的刚度减小，进而导致其固 有频率降低，正是由于这一现 象的出现，与频率相关的参数在结构健康监测和损伤检测中得到了应用。 Cawl町等(10)提出结构损伤后的任意二阶频率改变量的比值只是 损伤位置的函数， 与损伤程度无关。基于固有频率的损伤检测方法是假定结构的损伤仅是结构局部刚度的 减低，而忽略其本身质量的变化，用这种方法对结构进行损伤检测又可分为固有频率变 化平方比法[11)和固有频率灵敏度法两种方法。用基于固有频率的方法进行损伤检 测步骤 如下: (1)根据理论模型，计算每个理论方案中假定损伤所对应的任意两个频率改变量 的比值，即理论比值: (2) 计算实际测量的任意两个频率改变量的比值: (3)将理论比值与实际比值做比较，找出最接近实测值的理论值 ，则该理论值所 对应的损伤即为结构的损伤类别。 通过对基于固有频率的损伤识别方法的研究，可以知道频率是模态参数中较容易测 量的一个并且它的识别精度较高，因此用这种方法进行结构损伤检测简单易行。但是， 很多实践表明，这种检测方法还存在其不足之处: 1) 由于固有频率对结构的早期损伤 不敏感 ，通常使用这种方法进行损伤检测时，只能确定是否存在损伤，而不能确定其位 置; 2) 当结构的损伤位置在高应力区时，用固有频率的变化检测法可以得到比较可靠 的损伤识别结果 ，但是当结构的损伤位置在低应力区时，固有频率的变化检测法无法检 i则该类损伤; 3) 固有频率的变化随着结构早期损伤量的减少是从低阶移向高阶的，而 要想获得高阶固有频率的变化是很困难的，所以，固有频率的变化无法识别结构的小损 伤IIZ1: 的出于固有频率是一个全局量，所以它对结构的局部损伤不敏感，且因为不同 位置的损伤可能会导致相同的频率变化，故基于固有频率的检测方法不能检测出结构对 称位置的损伤，因此，如果仅用结构频率的改变进行结构损伤检测，会出现较大的误差。 2. 基于振型的损伤检测方法 振型的变化相比于频率对损伤较为敏感，对结构的局部变化也 比较敏感，所以可以 用该方法来确定结构的模型误差和损伤的可能位置。利用振型的变化对结构进行损伤检 测的方法有很多，常用的有模态正交法、模态置信度判断法、振型变换图法、振型曲率 法等，下面对这几种方法分别简单介绍 i (1)梭，态正交法 该方法是利用模态的正交条件来进行损伤检测的，即当结构中 不存在损伤时，它的模态满足正交条件:当结构中存在损伤时，则其模态条件得不到满 足。 (2) 模态置信度判断法 该方法利用模态置信度判据(如 MAC 、COMAC 等〉来 进行损伤识别，即当结构中不存在损伤时，它的模态置信度判据为一;当结构中存在损 伤时，由于振型的变化 ，则其模态置信度判据将不为一。 (3 )振型变换图法 该方法的参数是损伤前后振型的差与损伤前振型的比值，当 结构中有损伤存 在时，在受影响的自由度上的该参数在损伤区域内就会出现比较大的 值，因此，结构发生损伤时，利用振型的相对变化图就可以识别损伤的位置[呵。 (4)振型曲率法该方法将振 型的曲率作为定位参数。在结 构有损伤的地方，其 刚度降低而曲率增大，且振型幽率随着曲率的增大而增大。使用该方法对结构进行损伤 检测时，测点应非常邻近，以便于利用中心差分法求取曲率模态。这就要求测点足够密 集或插值扩阶模态的精度足够好，否则将增大曲率模态振型的误差 (14) 。 由于观测噪声和系统噪声的影 响，在对结构进行测量时会存在一定的误差，这样易 使特征振型的变化被测量误差所掩盖，从而给基于振型的结构损伤检测方法在实际中的 应用造成了很大的困难。另外，由于在对结构进行测试时受测试仪器和现场条件的限制， 测点