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基于改进交叉模型交叉模态法的损伤识别研究

作　者: 贾辉
导　师: 李东升
学　校: 大连理工大学
专　业: 防灾、减灾工程及防护工程
关键词: 结构健康监测 损伤识别 交叉模型交叉模态法 模型修正
分类号: TU312.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 14次
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内容摘要


随着科学技术的发展,土木工程结构正变得愈加庞大和复杂。这些结构建成后,在恶劣的外界环境和各种复杂荷载的作用下,结构性能将逐步恶化,削弱了结构抵御环境和各种荷载作用的能力。结构健康监测可以实时的监测到结构整体性能和局部构件性能的变化,能对可能出现的结构倒塌或构件失效给予预判,进而避免灾难的发生。结构损伤识别是结构健康监测的重要组成部分和核心。近些年来结构损伤识别方法也得到了很大的发展,各种新方法层出不穷,从最初的频率法、模态法,发展到现在的交叉模型交叉模态法、神经网络法等。结构损伤识别的基本理论是：结构体系的振动反应是结构自身物理特性的函数,结构物理特性的变化将引起相应的振动反应变化,通过分析结构的振动反应数据可以获得结构物理参数的变化信息。本文致力于获取更优的损伤识别方法,以期及时地对结构健康状况进行评估避免灾难的发生并减少因建筑物倒塌破坏带来的损失。基于交叉模型交叉模态法,本文主要开展了以下几个方面的工作：(1)提出一种针对于交叉模型交叉模态法的优化存储方法。该方法对交叉模型交叉模态法进行了改进,提高了运算效率,节约了存储空间。本文模拟了交叉模型交叉模态法的程序实现,验证了该方法有效性,并在此基础上提出了一种优化存储方法。(2)从LANL实验室的一个八自由度结构体系入手,提出了将交叉模型交叉模态法与灵敏度修正法结合用于损伤识别的方法。针对理论模型与实际实验结构存在误差的情况,本文结合灵敏度修正法,首先利用实验模态信息修正了理论模型,然后利用改进后的交叉模型交叉模态法进行了损伤识别,并取得了较为理想的效果。(3)探讨了交叉模型交叉模态法在空间框架结构损伤识别中的应用。交叉模型交叉模态法是一种比较新的损伤识别方法,作者最先提出这种方法的目的是用于结构模型修正。鉴于此方法在损伤识别过程中的优越性,本文探索了该方法在桁架结构和钢架结构中的损伤识别应用。研究结果表明,交叉模型交叉模态法能够有效地利用结构体系的低阶实测模态进行损伤识别,在模态空间完备和非完备两种工况下均能得出理想的损伤识别结果。其理论推导的物理意义易于理解、便于模拟与应用。本文提出的改进后的交叉模型交叉模态法在模拟过程中也能够有效的识别出结构损伤位置和损伤程度,并有效地节约了系统资源。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 引言  9-10
    1.1.1 选题背景及意义  9
    1.1.2 结构健康监测的核心在于结构损伤识别  9-10
  1.2 结构健康监测及损伤识别的研究现状  10-11
    1.2.1 结构健康监测及损伤识别概述  10-11
    1.2.2 结构损伤识别中的主要问题  11
  1.3 本课题主要研究内容  11-13
2 结构损伤识别方法的综述与比较  13-33
  2.1 引言  13-14
  2.2 结构损伤识别方法综述  14-24
    2.2.1 频率法  14-18
    2.2.2 模态法  18-19
    2.2.3 模态曲率法  19-20
    2.2.4 动柔度矩阵法  20-21
    2.2.5 动态矩阵更新法  21-23
    2.2.6 神经网络法  23
    2.2.7 非线性方法  23-24
  2.3 结构损伤识别方法比较  24-31
    2.3.1 LANL实验室试验模型介绍  24-28
    2.3.2 结构损伤识别方法比较  28-31
  2.4 小结  31-33
3 交叉模型交叉模态法的介绍及改进  33-49
  3.1 引言  33-34
  3.2 交叉模型交叉模态法  34-38
    3.2.1 交叉模型交叉模态法的提出  34
    3.2.2 交叉模型交叉模态法介绍  34-38
  3.3 交叉模型交叉模态法的改进  38-40
    3.3.1 弹簧元  38
    3.3.2 线性杆单元  38-39
    3.3.3 平面桁架元  39-40
    3.3.4 梁元  40
  3.4 交叉模型交叉模态法在五自由体系的应用  40-48
  3.5 改进后CMCM法的效率  48
  3.6 小结  48-49
4 交叉模型交叉模态法与灵敏度修正法结合用于损伤识别  49-54
  4.1 灵敏度修正法介绍  49-50
  4.2 LANL实验室八自由度结构介绍及模拟结果  50-51
  4.3 实测八自由度结构损伤识别结果  51-53
  4.4 小结  53-54
5 交叉模型交叉模态法在框架结构中的应用  54-64
  5.1 三维空间框架结构介绍  54-57
  5.2 三维框架结构损伤识别结果  57-63
  5.3 小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  68-69
致谢  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构荷载与结构承载力 > 结构破坏与事故分析
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