基于频响函数扩展修正的Benchmark结构损伤识别

结 构 的响 应 识 别 结 构 损 伤 前 后 的模 态 参 数 ． 二 第
步， 利用 贝 叶斯模 型修 正方 法确定 结构 刚度 参 数 的 可 能值 和损 伤概 率 ． 方 法 的 局 限性 是 ， 果结 构 该 如 损 伤程 度 很 小 ， 析模 型 和 测 试 量 不 确 定 的情 况 分
下 ， 态 对损 伤 不 很 敏 感 ， 方 法 不 能识 别 ． Ｆ 模 该 Ｈ． ．
Ｌ ｍｌ 提 出统计模 型 修 改法 ， 方 法基 于 贝 叶斯 谱 ａ ３ 该 密度 方法 处理 了模 型误差 和测 量噪 声 的不确 定 性 ，
给 出了 刚度参数 的估 计值 的偏 差范 围 ， 果 表 明如 结
结构 健康监 测 主 要 问题 是 对 结 构 损 伤 进 行 识 别， 目前 的识 别技 术大 体可 分为局 部法 和 整体 法 两 种 Ｊ局部法 是依靠 无损 检测 技术 对构 件局 部部 位 ． 进行 检查 ， 而整 体法则是 对 整体结 构 的动 态输 出特 性 ， 线实 时或离 线 间断 的对 结构 健康 情况 进 行评 在
伤识别 方 法 针 对 结 构 健 康 监 测 Ｂｎｈ ｒ Ａ Ｃ ｅｃｍａ ｋ（ Ｓ Ｅ
Ｓ Ｍ Ｂ ｎｈ ｒ ） 构进 行 了大量 的验证 研究 ． Ｈ ｅ ｃｍａｋ 结
断建成 并投入使 用 ， 随之 而来 的是结 构使 用 寿命 监 测 以及 结构损 伤识 别方 面不容 忽视 的 问题 ， 为提 这 前 进行 灾害预 警 以及 对结 构 维 修 都 提供 了宝 贵 的
果结构 刚度损伤量与计算偏差在 同一量级上 ， 损伤
不能 识 别 ． ａ ｅｏ４等 通 过 环境 激 励 技 术 和 特征 Ｃｉｄｌ ｃ 值实现 算法 （ ｉ ｎａｕ ｅｌａｏ ｌｏｉｍ） 得 Ｅｇ ｖｌｅＲ ａｚｔｎＡｇｒｈ 获 ｅ ｉ ｉ ｔ 结构 固有频 率和模 态振 型 ， 使用特 征值 问题 的最小
基 于 频 响 函数 扩 展 修 正 的 Ｂ ｎ ｈ ａｋ结 构 损 伤 识 别 ｅｃ ｍ ｒ
胡焕 洪嘉振 刘铸永
（ 海交 通 大学 工 程 力 学 系 ， 海 上 上 ２０４ ） ０ ２ ０
摘要
提 出了一种基于频响 函数扩展 的模型修正方法 ， 利用该方法对 Ｉ Ｓ — Ｓ Ｅ Ｓ ｅｃｍａ Ａ Ｃ Ａ Ｃ ＨＭ Ｂ ｎｈ ｒ 构进行 ｋ结
依据 ． 大研究 者们 在这 些方 面也发 展并 提 出 了大 广 量 的结构健 康监 测 的方法 ， 有些 方法 也 已在 工程 实
际中应用 ．
Ｋ — ｅ ｇＹ ｅ 使 用 结 构 健 康 监 测 的 两 步 法 ａＶ ｎ ｕ ｎ 分析 了 Ｂ ｎ ｈ ｒ 据 ， 一 步 ， ｅｃ ｍａ ｋ数 第 由未损 伤 与 损 伤
命 进行 预 估 ． 伤 识 别 方 法 大 致 可 分 为模 型 修 正 损
法、 动力 指纹识 别法 、 神经 网络 法 、 传算 法 以及 小 遗
波分 析法 等等 方法 ． 以上 各种 方法都 有各 自的优 缺点 ， 文对 模 型 本
修正 － 构损 伤识 别 方 法 进 行 研 究 ． 型 修 正 方 法 结 模 的基 本思想 是 建 立足 够 精 度 的未 损 有 限 元 结 构模
型 ， 后利 用 真 实 结 构 损 伤 后 的结 构 动 力 特 性 数 然
据 ， 般为加 速 度 时域 响应 、 态 参 数 或 频 响 函数 一 模
数据 等 ， 通过 条或 内部 的参数 ， 使未 损有 限元模 型 与真 实损 伤
２ １－１１ ０ ００ — ４收到第 １ ，０ ００ —７收到修改稿 稿 ２ １ －３１
２４ １
动
力
学
与
控
制
学
报
２１ ００年第 ８卷
在完好 状态 下应该 具有对 称 动力特性 的特点 ， 可 对 能损 伤位置 进行判 断 ． 张立涛 等人 针 对结构 损 伤
引 言
近几 十年 以来 ， 着 经 济科 技 的快 速 发 展 ， 随 大 跨 度桥 梁 、 楼 、 天器 和船 舶 等 大 型建 筑 结 构 不 高 航
模型 的结 构挣 ｌ 生近似 ， 通过 监测 刚度 矩 阵变化 来 判 定损 伤 的位置 和程度 ． 国际 国内利用 各 自提 出 的损
了损伤识别 ． 结果表明 ， 该方法能够有效？ 肖除模态分 析误差 ， 保证 修正过 程 中矩 阵物理 意义 明确 ， 降低 测量 噪声对修 正的影响 ． 在模型误差 、 测量噪声 以及质量刚度分布不确 定等 因素 的影 响下 ， 该方 法共有较 高的损
伤识 别 精 度 ．
关键 词
损伤识别 ， 模型修正 ， 扩展 ， 频 响函数
的损 伤识 别方 法 ， 过 引 入 一个 损 伤 分 布 函数 ， 通 讨 论 了均质 等截 面 Ｂｒｏｌ ｕｅ 梁 的动 力 响 应 ， ｅｎｕｌＥ ｌｒ ｉ 构 造 出“ 损伤 影 响矩 阵 ” 该 矩 阵 反 映 了 结 构 由于损 ． 伤所 引起 的振 型耦合 ， 最后 介绍 了基 于损 伤影 响矩 阵 的结 构损 伤定 位和评 估 方法 ． 裴强 建 立 了基 于 对称 原 则 的结 构健 康诊 断基 准 ， 据对 称位 置 构件 根
二乘 解 得到构 件 的杨 氏模量 ， 然后 通过 构件 损 伤前 后杨 氏模 量 的变 化 识 别 构件 的损 伤 位 置 和损 伤 程 度 ． 学平 介 绍 了一种 基 于结 构 动力学 特性 变化 李
估． 损伤识别一般都需要确定损伤是否存在 、 存在
的位置 和损 伤程度 ， 以及 进一 步对 结构 剩余 使 用 寿
第 ８卷 第 ３期 ２ １ ００年 ９月
１ ７ －５ ３ ２ １／ ８３／ １ － ６ ２６ ５ ／ ０ ０ ０ （） ３６ ２
动 力 学 与 控 制 学 报
Ｊ ＵＲＮＡＬ Ｏ Ｏ Ｆ ＤＹＮＡＭＩ Ｓ ＡＮＤ Ｃ Ｃ ＯＮＴ ＲＯＬ
Ｖｏ ． ． １８ Ｎｏ ３
Ｓ ｐ．２ ０ ｅ ０１