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基于结构动刚度的损伤识别方法研究

作　者: 李晓滑
导　师: 赵晓华
学　校: 汕头大学
专　业: 结构工程
关键词: 动刚度有限元法应变损伤因子 Tikhonov正则化方法遗传算法
分类号: TU312.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于各种因素的作用,工程结构将不可避免地产生损伤,甚至导致严重后果,影响结构的安全性和适用性。因此,对土木工程结构进行健康监测很有必要。利用结构的振动响应和系统动态特性参数进行结构损伤诊断是目前国内外研究的热点。本文基于结构动刚度的损伤识别方法,对工程杆系结构的损伤识别进行了初步研究。基于结构有限元分析理论,提出了一种新的损伤识别方法-基于结构动刚度的损伤识别。导出了结构动刚度矩阵,其特点在于动刚度系数是运动频率的函数,无论多么复杂的体系,都能按静力直接刚度法一样的过程即按位移法进行分析:叠加各单元的适当贡献而形成结构集合体的刚度,然后,求解整个体系的刚度方程得到给定荷载产生的位移。对于频率给定的荷载,动力刚度系数能直接算出,并按标准的方式进行分析。但是,在自振频率分析中,刚度系数必须在分析过程中反复调整。本文在给定荷载频率的情况下,首先采用动刚度有限元法计算了损伤结构的结点位移和单元应变。然后,在未知损伤情况下把实际可测量得到的应变与结构未损伤时的单元应变差作为已知数据,利用Tikhonov正则化方法和遗传算法,识别结构单元的损伤因子,从而识别结构的损伤位置和损伤程度。运用动刚度有限元法,对悬臂梁、简支梁、连续梁和框架梁结构进行了损伤识别,并讨论了损伤位置、损伤程度和加载位置对损伤识别结果的影响。数值算例表明,这一方法可以有效地识别结构的损伤。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 引言  8
  1.2 损伤识别的国内外研究现状  8-11
    1.2.1 局部法  8-9
    1.2.2 整体法  9-11
  1.3 目前损伤识别研究中存在的问题  11
  1.4 本课题研究的主要内容  11-12
第二章结构动刚度有限元分析  12-35
  2.1 前言  12
  2.2 杆单元的动刚度矩阵  12-15
    2.2.1 不考虑轴向变形时的动刚度矩阵  12-14
    2.2.2 轴向变形时动刚度矩阵  14-15
    2.2.3 局部坐标系下单元杆端力与杆端位移之间的关系  15
  2.3 单元应变  15-17
  2.4 整体分析  17-18
  2.5 算例分析与讨论  18-34
    2.5.1 算例1-框架  18-20
    2.5.2 算例2-悬臂梁  20-23
    2.5.3 算例3-简支梁  23-26
    2.5.4 算例4-连续梁  26-29
    2.5.5 算例5-框架梁  29-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章基于动刚度有限元损伤识别方法  35-86
  3.1 前言  35
  3.2 基于结构动刚度的损伤因子矩阵  35-42
  3.3 损伤因子矩阵的TIKHONOV正则化识别方法  42-43
  3.4 算例分析与讨论  43-85
    3.4.1 算例1-悬臂梁的损伤位置识别  43-51
    3.4.2 算例2-简支梁的损伤位置识别  51-61
    3.4.3 算例3-连续梁的损伤位置识别  61-72
    3.4.4 算例4-框架梁的损伤位置识别  72-85
  3.5 本章小结  85-86
第四章结论与建议  86-88
  4.1 主要结论  86
  4.2 本文的局限性  86
  4.3 未来研究工作的建议  86-88
参考文献  88-91
附表1  91-94
附表2  94-99
附表3  99-105
附表4  105-146
附表5  146-157
致谢  157

基于结构动刚度的损伤识别方法研究

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