結(jié)構(gòu)損傷定位檢測(cè)的柔度差二階差分分子項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)研究

1、本文格式為WORD，能編輯和復(fù)制，感謝您的閱讀。 結(jié)構(gòu)損傷定位檢測(cè)的柔度差二階差分分子項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)研究 為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的柔度差二階差分分子項(xiàng)指標(biāo)，采用結(jié)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)的方法來進(jìn)行研究。利用錘擊法分別對(duì)兩根鋼梁損傷前后的振動(dòng)特性進(jìn)行試驗(yàn)，獲得了結(jié)構(gòu)損傷前后的頻率和模態(tài)值。測(cè)試結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)損傷，對(duì)于低階頻率影響非常大，而對(duì)于高階頻率影響卻不太大，因此利用結(jié)構(gòu)柔度來進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)時(shí)，只需測(cè)量少數(shù)低階振動(dòng)特性即可。利用結(jié)構(gòu)柔度差的二階差分分子項(xiàng)進(jìn)行損傷檢測(cè)，研究結(jié)果表明，柔度差二階差分分子項(xiàng)損傷指標(biāo)可以有效地進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷定位檢測(cè)。 結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別屬于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的反問題。由于結(jié)構(gòu)的頻率與模態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)損

2、傷的敏感性不是很高，因此，不少學(xué)者在獲取結(jié)構(gòu)頻率與模態(tài)特性的基礎(chǔ)上，提出了不少方法來進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)。這些方法很多，如模態(tài)曲率差法，模態(tài)靈敏度法以及模態(tài)柔度矩陣差法，模態(tài)柔度曲率差法以及柔度差二階差分分子項(xiàng)指標(biāo)等等。本文用試驗(yàn)的方法來驗(yàn)證結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的柔度差二階差分分子項(xiàng)指標(biāo)。 1 柔度差二階差分分子項(xiàng)指標(biāo)的定義 對(duì)于n自由度系統(tǒng)，具有n個(gè)獨(dú)立的固有頻率和模態(tài)向量。然而，在實(shí)踐中柔度矩陣可以用不完整模態(tài)近似表示為: 其中為模態(tài)矩陣； 為特征值對(duì)角陣；i為第i階模態(tài)頻率，r為所關(guān)心的自由度數(shù)；s為所選?。蓽y(cè)量）的模態(tài)數(shù)目；且（s<r<<n）。 Pandey Biswas等人用

3、柔度差矩陣每一列中絕對(duì)值最大元素來直接指示損傷。即 其中， 組成數(shù)列的二階差分項(xiàng)的分子的絕對(duì)值作為柔度指標(biāo)來指示損傷： 2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn) 試驗(yàn)時(shí)，本文選取兩根長(zhǎng)5.2m的H型鋼梁進(jìn)行試驗(yàn)，梁高為125mm。對(duì)于H形鋼梁的測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，測(cè)點(diǎn)距離梁的端部為0.1m，在梁的上表面沿軸線方向等間距布置17個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)試方向以垂直向上為正。每根鋼梁試驗(yàn)分兩步：健康結(jié)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)和損傷結(jié)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)梁的兩端簡(jiǎn)支，支撐點(diǎn)距離梁的兩端距離為0.1m。試驗(yàn)采用錘擊法進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)（如圖2所示），利用比利時(shí)LMS公司生產(chǎn)的TestLab測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與模態(tài)分析。 圖1 H形鋼梁的測(cè)點(diǎn)布置圖 圖2 錘擊

4、法測(cè)試系統(tǒng) H形鋼梁的損傷情況如圖3和圖4所示。 圖3 第1根H型鋼梁損傷情況圖 為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的柔度差二階差分分子項(xiàng)指標(biāo)，采用結(jié)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)的方法來進(jìn)行研究。利用錘擊法分別對(duì)兩根鋼梁損傷前后的振動(dòng)特性進(jìn)行試驗(yàn)，獲得了結(jié)構(gòu)損傷前后的頻率和模態(tài)值。測(cè)試結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)損傷，對(duì)于低階頻率影響非常大，而對(duì)于高階頻率影響卻不太大，因此利用結(jié)構(gòu)柔度來進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)時(shí)，只需測(cè)量少數(shù)低階振動(dòng)特性即可。利用結(jié)構(gòu)柔度差的二階差分分子項(xiàng)進(jìn)行損傷檢測(cè)，研究結(jié)果表明，柔度差二階差分分子項(xiàng)損傷指標(biāo)可以有效地進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷定位檢測(cè)。 利用錘擊法分別對(duì)兩根鋼梁損傷前后的振動(dòng)特性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1和圖5和圖6所示。 表1

5、 兩根梁損傷前后的振動(dòng)頻率列表（單位：Hz） （a）第一階模態(tài)形狀圖 （b）第二階模態(tài)形狀圖 （c）第三階模態(tài)形狀圖 （d）第四階模態(tài)形狀圖 圖5 第1根H型鋼梁結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)圖（-：健康結(jié)構(gòu)；-：損傷結(jié)構(gòu)） （a）第一階模態(tài)形狀圖 （b）第二階模態(tài)形狀圖 （c）第三階模態(tài)形狀圖 （d）第四階模態(tài)形狀圖 圖6 第2根H型鋼梁結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)圖（-：健康結(jié)構(gòu)；-：損傷結(jié)構(gòu)） 兩根梁的柔度差二階差分分子項(xiàng)損傷指標(biāo)如圖7和圖8所示，結(jié)果表明，指標(biāo)所示極大值位置與表1所示損傷位置基本上是相符的，說明柔度差二階差分分子項(xiàng)損傷指標(biāo)可以有效地進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷定位檢測(cè)。 圖7 第1根H型鋼梁損傷指標(biāo)圖 圖8 第2根H型鋼梁損傷指標(biāo)圖 3 結(jié)語 本文利用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的方法來研究結(jié)構(gòu)柔度差二階差分分子項(xiàng)這一損傷指標(biāo)的正確性。本文選取兩根鋼梁進(jìn)行損傷前后振動(dòng)特性試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)損傷，對(duì)于低階頻率影響非常大，而對(duì)于高階頻率影響卻不太大，因此結(jié)構(gòu)柔度來進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)時(shí)，只需對(duì)少數(shù)低階振動(dòng)特性進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，柔度差二階差分分子項(xiàng)損傷指標(biāo)可以有效地進(jìn)行結(jié)構(gòu)