基于有限元模型的梁结构损伤识别技术研究

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基于有限元结构损伤程度研究

张志斌等：基于有限元结构损伤程度研究 ¨ 鹏％
０
２５
为了方便我们看出此变化规律，我们用直方图表示．从图５我们可以看出我们可以看出：同一单元的不同深度，随着损伤程度的加大，其各阶固有频率的变化率的值也相应的增大，其变化的规律也一致．由上可知，在对结构进行损伤程度检测时，只要
可得到振动微分方程．当结构出现裂纹时，则在系
行涂层、打磨等预处理．对那些不可见、不开敞的结
构部件、大型复杂结构以及人们不宜接近的结构，利用上述方法则无法检测．相比而言，利用结构模
收稿日期：２０１５— ０４—１８基金项目：广州市科技局项目资助（２０１３５５）
作者简介：张志斌（１９８１一），男，硕士学位，职称中级，研究方向：船用柴油机的故障诊断
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瓣ＯＯ
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第３期
中图分类号：ＴＰ３０１文献标志码：Ａ文章编号：１００９—８５２６（２０１５）０３— ００２２— ０４
态参数（有限元）的变化来进行结构整体损伤检测
０引言
重大的工程机械（如：船舶、高速列车、飞机等）在使用过程中除要受到设计载荷的作用，还受各种应急状况的影响如超速、损伤等，特别是轴类结构，

基于有限元与小波变换的弹性地基梁损伤识别方法研究

基于有限元与小波变换的弹性地基梁损伤识别方法研究
黄燕，黄超，李世民。
（．１湖南交通职业技术学院工程经济系，长沙４０１；２１０５．新疆西北岩土工程咨询有限公司，乌鲁木齐８００；３０２３．湖南省地质环境监测总站，长沙４００１０７）
ＨＵＡＮＧａＨＵＡＮＧａＬｈ．ｎ：ＹｎＬ．ＣｈｏＩＳｉｍｉｇ
（．ｐｒｎｆｃｎｍｉｓｎｉｅｒｇＨｕａ１ＤｅａｔｔＥｏｏｃＥｇｎｅｉ，ｎｎＣｏｍｅｏｎｍｍｕｉａｏｓｏｙｅｈｉＣｏｌｇ，ｈｎｓａ４００，ｈｎ；．ｉｇｉｎｏｋＧｎｒｌｎｃｔｎＰｌｔｎｃｌｅＣａｇｈ１０４Ｃｉａ２ＸｎｊｇＲｃｅｅａｉｃｅａＰｏｅｔｏｓｌｎＴｒｊｃｎｕｔｇＬＤＵｍｍｑ，￣ｉｎ，３０２３ＨｕａｎｔｒｇＧｅｅａｔｔｎｆｒｏｇｍｖｏｎｎ，ａｇｈ，ｕａ１０７ｃｉｉＸｉａｇ８００；．ｎｎＭｏｉｉｎｒｌａｉｌｙｏｎＳｏｏＧｅｅｉｒｍｅｔＣｈｎｓａＨｎｎ００，４
ＲｅｅｒｈｏｍａｅＩｅｔｆａｉｎＭｅｈｄｏａｔｃＦｏｎａｉｎＢｅｍｓｓａｃｎＤａｇｄｎｉｃｔｏｔｏｆｉＥｌｓｉｕｄｔａｏ
Ｂａｅｎｔｎｔｅｅｅｈｄｓａｄ肠ｖｌｔＴｒｎｓｏｍｓｄｏｈｅＦｉｉｅＥｌｍｎｔＭｔｏｎｅｅａｆｒ
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Ａｂｓｒｃ：Ｂａｅｎｗａｅｅｒｎｆｒｏｔａｎｍｏｄ，ｈａａｅｉｅｔｆｃｔｏｅｌｅｏｆｓｉｆｅｓｉｔａｔｓｄｏｖｌｔｔａｓｍｆｓｒｉｏｅｔｅｄｍｇｄｎｉｉａｉｎｄｃｉｔｎｓｎｎｆｅａｔｃｆｕａｉｎｂａｓｓｕｉｄｉｈｉａｒｌｓｉｏｎｄｔｏｅｍｓｗａｔｄｅｎｔｓＰＤｅ．Ｓｏｖｎｔａｎｍｏａａａｔｒｆｅａｔｏｎａｉｎｌｉｇｓｒｉｄｌｐｒｍｅｅｓｏｌｓｉｆｕｄｔｏｃｂａｔｔｆｎｓｅｌｅｂｙｍｅｎｆｔｅｆｎｔｌｍｅｈｏｒ，ａｐｌｉｇｔｅＭｅｈｗａｅｅｒｎｓｏｍｏｅｍｓｗｉｈｓｉｆｅｓｄｃｉａｓｏｈｉｅｅｅｎｔｔｅｙｐｙｎｈｘｖｌｔｔａｆｒｔｎｉａｌｓｈｔｉｎａｙｅｔｅｓａｎｍｏｄｆｅａｔｏｎｄｔｏｅｍｓｎｈｎｔｅｌｃｔｏｆｓｉｆｅｓｄｅｌｅｏｈｌｓｉｅｏｌｓｉｆｕａｉｎｂａ，ａｄｔｅｈｏａｉｎｏｔｆｎｓｃｉｆｔｅｅａｔｃｎｃｆｕａｉｎｂｅｍｓｃｕｄｂｅｉｅｔｆｅｙｔｅｍａｉｍｆｗａｅｅｈｔｃｅｆｃｅｔｔｔｃａｔｃｎｉｅ．ｏｎｄｔｏａｏｌｄｎｉｄｂｈｘｍｕｏｖｌｔｔａｏｆｉｉｎｓｗｉｓｏｈｓｉｏｓｓｉｈＴｈｒｆｒ，ｈｉｔｏｓｐｏｐｓｄｆｒｄｍａｅｉｅｔｉａｉｎｄｃｉｅｏｔｆｎｓｎｅａｔｃｆｕｄｔｏａｅｅｏｅｔｓｍｅｈｄｗａｒｏｅｏａｇｄｎｉｃｔｏｅｌｎｆｓｉｆｅｓｉｌｓｉｏｎａｉｎｂｅｍｓｆｂａｅｎｓｒｉｄ．ｋｉｇａｓｍｐｅｓｐｒｅｅｍｎｅａｔｃｆｕｄｔｏｒｅｍｐｅｔｒｅｆｎｔｌｍｅｔｓｄｏｔａｎｍｏｅＴａｎｉｌ．ｕｐｏｔｄｂａｏｌｓｉｏｎａｉｎｆｘａｌ．ｈｅｉｅｅｅｎｏｉｍｏｅｓｎｃｕｉｇｅａｔｃｆｕｎａｉｅｍｓｗｉｏｕａｇ，ｔｅｂｅｍｓｗｉｈｄｃｉｔｆｅｓｎｄｔｅｄｌ，ｉｌｄｎｌｓｉｏｄｔｏｎｂａｔｔｄｍａｅｈａｔｅｌｈｎｅｏｆｓｉｎｓ，ａｈｆｂｅｍｓａｄｆｕｎａｉｎｗｉｈｄｃｉｅｏｔｆｎｓ，ｒｅｐｓｐｒｔｌ，ａｈｎｔｂｖ — ｎｉｎｄｍｅｈｏａｎｏｄｔｔｅｌｎｆｓｉｅｓｗｅｅｓｔｕｅｅａｅｙｎｄｔｅｈｅａｏｅｍｅｔｏｅｔｄｏｗａｐｉｄｔｄｎｉｙｔｅｌｃｔｏｆｓｉｆｓｅｌｅｏｌｓｉｏｕｄｔｏｅｍｓＴｈｅｕｔｈｗｈｔｔｅｓａｐｌｏｉｅｔｆｈｏａｉｎｏｔｆｎｅｓｄｃｉｆｅａｔｆｎａｉｎｂａ．ｅｒｓｌｓｓｏｔａｈｅｎｃｍｅｈｄｉｆｅｔｖｎｔｂｅｎｔｍａｒｖｄｓｆｖｄｎｅｉａｇｄｎｉｉａｉｎｉｇｏｓｓｉｔｏＳｅｃｉｅａｄｓａｌ，ａｄｉｙｐｏｉｅｕｅｕ１ｅｉｅｃｎｄｍａｅｉｅｔｆｃｔｏｎａｄｄａｎｉｎｐａｔｃｌｓｒｃｕｒｓｒｃｉａｔｕｔｅ．Ｋｅｒ：ｅａｔｃｆｕｄｔｏｅｍ；ｗａｅｅｒｎｆｒ；ｆｎｔｌｍｅｔｍｅｈｄｓａｇｅｄｃｉｅｏｙｗｏｄｓｌｓｉｏｎａｉｎｂａｖｌｔｔａｓｏｍｉｉｅｅｅｎｔｏ；ｄｍａｅｌｎｆ

基于模态应变能的结构损伤识别研究开题报告-总结

论文题目：基于应变模态分析和改进神经网络的结构损伤识别研究损失，防止了桥梁垮塌等重大事故的发生，对保障桥梁的安全运营和延长桥梁的使用寿命起到了至关重要的作用。

下文从损伤指标和损伤算法两方面介绍该课题的国内外研究现状，并描述出基于此研究方法的发展趋势。

2.1损伤指标通过监测桥梁结构的固有频率、振型、应变模态、模态应变能等动力特性的变化，结合模态分析理论准确推断桥梁的健康状况，这些基于结构的动态特性的损伤识别方法都是国内外专家学者的研究对象。

这些方法都需要外部荷载激发出结构的模态，然而不同的损伤识别方法的效率不同、精度不同，排除噪声干扰的能力也不同。

接下来将会对上述方法逐一进行说明，基于固有频率变化的桥梁结构损伤监测识别方法适用于存在损伤、损伤量较大和桥型结构相对简单的桥梁结构进行损伤监测识别。

由于在模拟和试验中相对的结构自由度数和振型的个数不相同，即所测振型并不是有限元模型中完整的振型，从而增加了对桥梁结构损伤检测识别的误差，所以基于振型变化的桥梁结构损伤监测识别方法并非试验所需的理想理论方法。

基于模态应变能的损伤识别方法，其原理是当结构中出现损伤时，其模态应变能会出现耗散。

但是在进行基于模态应变能的损伤指标进行损伤识别，需要获取结构前几阶模态，倘若只单独使用某一阶模态，则不能分辨出模态节点附近的损伤，并且会受到噪声的影响而引起误判。

而应变模态是一种固有的结构振动特性，将其作为损伤指标能够比较灵敏地识别出结构的局部损伤，尤其是模态峰值附近范围内的损伤。

通过对几种损伤识别方法的对比分析，课题选用应变模态作为损伤指标。

但是在桥梁健康监测中可识别获得的模态参数大多为位移模态，当结构中遇到应力集中或局部结构变动对变动区附近的结构产生影响时，通过位移模态并不能获得精确的结果，因此我们需要找到结构在动载作用下应变响应的分布规律即应变模态。

获得应变模态的一种方法是根据位移与应变之间的换算关系，将位移进行一阶求导从而获得应变模态，但这种微分过程将使误差进一步放大。

桥梁结构损伤参数识别技术的研究现状和发展趋势

近年来，国内外学者一直在寻找一种能适用于一个关键。桥梁结构的损伤识别与定位方法，从基于实测物理量的不
安徽
大型性很难采用，利用环境振动对结构损伤进行识别值得深入
研究；
⑥ 目前识别方法依赖于未损结构的精确有限元模型或试
④研究试验参数变化、环境参数变化对结构损伤识别的影响；
①有能及时发现间隔期内的损伤； ②结构的一些部位人难以到达； ⑧ 工作量大、费用高。
⑤不依赖外部激励源的损伤检测研究，对于精密机械、宇
航结构可以使用压电传感器为作动器，而土木工程结构由于其
法、射线诊断法、光学诊断法、涡流、磁粉诊断法、泄漏诊断法、红外诊断法
１桥梁结构损伤识别方法的研究现状
截止到目前，桥梁长期检查主要还是定期人工检测。定期
人工检测的局限性比较多：
②结构损伤机理的研究； ③传感器优化布设方法；
验结果，而当前大部分结构不具备这两类信息，发展不依赖早期资料的损伤识别方法是损伤检测方法走向成功的关键，要发展出适合所有结构的损伤检测方法可能有困难，找到能够针对
某一类结构，减少对早期资料的依赖方法就是很大的改善； ⑦在线损伤识别方法的研究；
周云（中铁四局集团有限公司，安徽合肥２３００７１）
摘要：根据国内外最新文献的分析研究，对近年来桥梁结构早期损
伤识别技术的方法的研究现状进行了综述，并对各种桥梁结构早期损伤识别的方法进行了评述；讨论了各种方法在理论上和实际应用中存

基于模态应变能变化率法的Euler-Bernoulli功能梯度梁的损伤识别

变化，检测、定位及描述结构的损伤。对于结构中的细小损伤，应变比位移更加敏感。因此，基于振型导
收稿日期：２ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ １５ — ０３ — １３
其中，Ｐ和Ｐ分别为Ｅｕｌｅｒ — Ｂｅｎｏｒｕｌｌｉ功能梯度梁陶瓷和金属的材料性能数值；Ｊｊ｝为非负的幂指数，
模态应变能变化率方法研究Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｎｒｏｕｌｌｉ功能梯
度梁的损伤识别。基于梯度梁单元，建立功能梯度梁的有限元模型，然后通过模态应变能变化率给出
损伤识别的指标。数值算例表明了提出方法的有
１４
叁查垒享能变化率法的Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ功能梯度梁的损伤识别
２０１５年８月
基于模态应变能变化率法的Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ功能梯度梁的损伤识别
黄立新，杨真真。，赵文举
据单元模态应变能损伤前后的变化，给出Ｅｕｌｅｒ — Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ功能梯度梁的损伤指标。通过数值算例，验证了Ｅｕｌｅｒ．Ｂｅｎｏｒｕｌｌｉ功能梯度梁的损伤识别方法的有效性。数值结果表明，提出的损伤指标能够很好地识别出梁的损伤单元。关键词：Ｅｕｌｅｒ — Ｂｅｎｏｒｕｌｌｉ功能梯度梁；模态应变能；损伤识别；有限元法中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ文章编号：１００３ — ０９９９（２０１５）０８ — ００１４ — ０４

改善桥梁结构损伤识别系统的分析与思考

基于结构振动特性（力指纹）化的损伤识别动变
方法以振动模态试验、振试验为基础，基本原理激其
是：据结构动力学方程，构中特定部分的质量和刚根结
度的损失，在自振频率和振型的测量中有所反映，将当
铁２１００年第９期
道
建
筑
４１
ＲａｌｙＥｎｉｅｉｇｉｗａｇｎｅｒｎ
文章编号：０３１９（０００ —０１２１０ — ５２１）９０４ — ９０
改善桥梁结构损伤识别系统的分析与思考
崔飞，清远陈宜言石宵爽王，，
对象，于矩阵摄动方法求出矩阵的摄动值，基见诸于文献的有最佳矩阵法、敏度法、征结构分配法、灵特混合法等；另一种方法则是以结构的物理参数作为识别对象，弹性模量、面惯性矩、量、如截质阻尼等，据结构根响应信息、目标函数的构造、束条件以及优化求解方约法的不同，近年来发展了系列的求解方法。然而由于理论与实践在一定程度上的脱节、试测
别方法
技术的相对滞后、法结构的稳定性及抗干扰性相对算欠缺等因素，特别是对于桥梁一类大型土木结构，损其
伤包括结构的受力裂缝、键构件的锈蚀、关预应力的损失、支承系统的失效、构构件的异常变位、结构连结钢接的松弛或失效、多梁桥的横向连接失效、结构在正常

基于逆有限元的板梁结构的损伤判别

基于逆有限元的板梁结构的损伤判别基于逆有限元的板梁结构的损伤判别摘要：在结构工程领域，对于板梁结构的损伤判别一直是一个重要的课题。

本文将介绍一种基于逆有限元方法的损伤判别方法，通过对板梁结构进行力学建模和逆分析，结合损伤指标，能够准确地判断板梁结构的损伤程度和位置，为结构健康监测和维修提供有效的依据。

1. 引言板梁结构广泛应用于建筑、航空航天等领域，其中的损伤及其对结构的影响一直是工程师们关注的焦点。

传统的损伤判别方法多基于数据分析和经验，但对于板梁结构的大范围、难以测量和隐蔽的损伤往往无法准确识别。

因此，基于逆有限元方法的损伤判别成为研究热点。

2. 基本原理逆有限元方法是一种力学建模和逆分析相结合的方法。

在损伤判别中，首先对板梁结构的力学特性进行建模，得到初始状态下的应力应变分布。

然后，通过实际测量得到的位移或应变数据，运用逆分析方法，反求出结构的材料参数，以及可能存在的损伤位置和程度。

3. 损伤指标损伤指标是判断板梁结构损伤程度的重要依据。

基于逆有限元方法，可以通过参数敏感性分析得到损伤指标与结构力学特性之间的关系。

常用的损伤指标有自然频率变化、模态形态和应力集中等。

通过引入某些权重因子，将各个指标加权求和，综合评估结构的损伤程度和位置。

4. 数值模拟对于一个具体的板梁结构，我们可以通过有限元软件进行数值模拟。

首先，根据实际情况建立结构的有限元模型。

然后，通过施加不同的外载和边界条件，计算出结构在不同状态下的响应，包括位移、应变等。

最后，通过逆分析方法，根据实际测量的位移或应变数据，反求出结构的材料参数和损伤状态。

5. 实验验证为了验证基于逆有限元方法的损伤判别的准确性，我们进行了一系列的实验。

首先，在实验室中制作了一块板梁样品，并在几个不同位置制造了不同程度的损伤。

然后，通过振动试验，测量了结构的自然频率。

再与数值模拟结果进行对比，验证损伤判别方法的准确性。

6. 结果与分析通过对实验数据的处理和分析，我们可以得到板梁结构的损伤程度和位置。

桥梁动力模型修正及破损识别研究综述

◇ 工程科技◇
科技圈向导
２０１３年２３期
桥梁动力模型修正及破损识别研究综述
（重庆交通大学
【摘
要手段。
魏瑞营中国重庆
４０００７４）
要】采用有限元理论对桥梁结构进行监测和评估，通过动力试验进行模型修正，进而识别损伤，是桥梁结构健康监测和安全评估的重
【关键词】有限元理论；动力；模型修正；损伤识别
０．引言大跨桥梁结构的健康监测与安全状态评估是目前国内外的热点研究领域［１１．如何根据采集的数据和信号反演出桥梁结构的工作状态和健康状况．建立精确的有限元模型．识别出可能的结构损伤部位及其损伤程度．并预测预报桥梁未来可能的响应．在此基础上实现桥梁安全及可靠性评估．是桥梁结构健康监测、损伤诊断与安全评估最核心和最关键的问题之一口桥梁结构的健康监测与评估需要对桥梁进行有限元模型修正．即利用经动载试验结果（频率、振型、应变、位移等）修改理论有限元模型的刚度、质量、边界约束、几何尺寸等参数，在保证模型参数自身精度的前提下，使修正后的有限元模型结果趋于试验值；目标函数确定、待修正参数选择和优化算法是参数型有限元模型修正的三大关键问题经过修正的有限元模型可以应用于以下几个方面： ①结构静动力响应再分析； ②某些振动控制技术的控制策略制定； ③结构的损伤识别； ④结构健康监测和安全性评估： ⑤结构的优化设计和模型修改等。目前结构动力学建模可分为两大类：一类是实验模型．此类模型好处是更符合真实情况。但它仅限于小型低阶结构．而且实验模态通常不完备以及不可忽视的噪声影响．对于大型结构成本代价较高：另类则是有限元模型．此类模型优点在于成本较低．修改方便，但它会带来建模误差综合两种建模方法优点的模型修正技术随之兴起．成为当前结构动力学领域的重要研究方向之一

浅谈梁的损伤识别方法

维普资讯
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６・４
第３２卷第ｌ０期２００６年５月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥ兀『ＲＥ
Ｖｏ．２Ｎｏ１Ｉ３．０Ｍａｙ．２００６
文章编号：０．８５０）０ｏ６．２１９２０６１．０４Ｏ０６ｌ２
度等级为Ｃ０弹性模量Ｅ为２．Ｇａ截面面积Ａ为０２０３３，９５Ｐ，．× ．
＝００，．６ｍ２重量密度ｑ为２Ｎ・Ｉ。将简支粱均匀离散为１５ｋＩＴ３
单元（１个结点）以简支粱承载能力损失的百分比定义损伤有４，程度。
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＴ１Ｅ瓜
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文章编号：０．２｛０６１．６．３１９６５２０００５０８Ｊ００
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浅谈梁的损伤识别方法
赵立波
摘要：以筒支梁桥为例进行了有限元仿真分析，基于柔度法研究了桥梁结构多位置损伤识别方法，结果表明柔度曲率能够进行损伤识别。
关键词：柔度法，损伤识别，桥梁，中图分类号：Ｕ３５１ｒ７．ｒ文献标识码：Ａ
收稿日期：０５１．０２０．０２
作者简介；赵立波（９４）男，１６．，工程师，深圳市筑乐科技有限公司，广东深圳
５８５１０３
维普资讯

结构损伤识别研究进展综述

总759期第二十五期2021年9月河南科技Journal of Henan Science and Technology结构损伤识别研究进展综述杨汉青（华北水利水电大学，河南郑州450045）摘要：房屋或桥梁等大型建筑物在服役期间或灾后会产生损伤，日积月累则会产生安全隐患，危害人们的生命和财产安全，因此对结构的损伤情况进行识别具有非常重要的工程价值和实际意义。

目前，国内外在结构损伤识别领域已经获得了很多优秀的研究成果。

本文主要从基于静力参数的损伤识别方法、基于动力指纹的损伤识别方法以及基于智能算法的损伤识别方法3个方面对结构损伤识别方法进行综述。

关键词：静力参数；动力指纹；损伤识别；智能算法中图分类号：TU317；TU399文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）25-0107-03 Review on Research Progress of Structural Damage IdentificationYANG Hanqing（North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou Henan450045）Abstract:Large buildings such as bridges will be damaged during service or after disasters.Over time,they will pro⁃duce potential safety hazards and endanger people's life and property safety.Therefore,the identification of structural damage has very important engineering value and practical significance.At present,many excellent research results have been made in the field of structural damage identification at home and abroad.This paper mainly summarized the structural damage identification methods from three aspects:the damage identification method based on static pa⁃rameters,the damage identification method based on dynamic fingerprint and the damage identification method based on intelligent algorithmKeywords:static parameters；dynamic fingerprints；damage identification；intelligent algorithm房屋或桥梁等大型建筑物在服役期间或灾后会产生损伤。

译文-桥梁结构损伤识别理论研究

桥梁结构损伤识别理论研究关键词：损伤；识别；动力指纹；模型修正摘要：本文研究了桥梁结构损伤识别的动力指纹法和模型修正法。

对四类动力指纹的基本理论及其在工程中的应用进行研究，并比较了其优缺点。

提出了模型修正法损伤识别的一般程序，并研究其在工程中的应用。

最后指出在损伤识别中需进一步研究的问题和发展的方向。

一、前言桥梁结构在长达几十年、甚至上百年的服役过程中，由于荷载作用、疲劳效应、腐蚀效应及材料老化等各种不利因素的影响，将不可避免地产生累积损伤、抗力衰减、功能退化，甚至会导致突发事故。

[1]为保障桥梁结构的安全性、适用性和耐久性，防患于未然，需对既有桥梁结构采取有效的手段来监测和评估其健康状态，使其能更好地为经济建设服务。

二、结构损伤识别技术概述[2][3]损伤识别技术可分为局部损伤识别技术和整体损伤识别技术。

局部识别技术依靠成熟的无损检测技术对特定的部件进行检测，判断是否有损伤及损伤程度，而整体识别技术试图评价整体结构的状态。

局部损伤识别技术主要有以下几种:直接量取构件的几何尺寸、测量构件的材料强度和弹性模量等物理参数；射线、光干涉、超声波和电磁学监测等技术；传感器测试技术。

结构可以看作是由刚度、质量、阻尼矩阵组成的力学系统，结构损伤后，其模态参数也随之发生改变。

整体损伤识别技术就是通过特征参数的改变来识别结构损伤。

整体损伤识别技术常见的分类方法有：根据采用数据的来源分为基于动态测试和基于静态测试的损伤识别法；根据是否反演分为动力指纹法和模型修正法。

本文研究只针对第二种分类。

三、基于动力指纹的损伤识别理论研究结构动力指纹是通过结构动力测试得到的，并且能够反映出结构固有特性的指标。

动力指纹法损伤识别法是基于现代模式识别理论发展起来的，是一种无反演的识别方法。

其识别过程是按照模式识别的基本理论构造各种损伤情况下的基本模式向量，然后将实际模型向量与基本模式向量进行比较，得到结构的损伤位置和损伤程度。

常用的动力指纹可分成四大类[4]:传递特性类动力指纹、复杂函数类动力指纹、传递曲率类动力指纹和特征参数类动力指纹。

基于不同目标函数的结构损伤识别比较研究

基于不同目标函数的结构损伤识别比较研究摘要：本文研究了不同目标函数对结构损伤识别精度的影响。

结果表明依据MTMAC指标定义的目标函数损伤识别结果精度最高，同时具有良好的鲁棒性。

关键词：模态数据，结构损伤识别，目标函数，鲁棒性1引言目前我国许多桥梁在服役期间会发生各种各样的结构损伤，非常有必要对现役桥梁进行结构健康监测，其中结构损伤识别（Structural damage detection，SDD）是结构健康监测领域的一个重要研究课题[1]。

近年来，人们提出了各种不同的结构损伤识别方法，其中利用模态数据的识别方法得到了广泛的应用[2]。

从结构动力响应中提取的模态数据变化通常用来判断结构是否具有损伤，其中典型的有固有频率、模态振型、模态应变、模态应变能等[3]。

借助于有限元模型法（Finite element，FE），模型修正得到了很大的发展，并在计算中取得了良好的效果。

然而，结构损伤识别结果的准确性很大程度上取决于目标函数的定义[4]。

本文对基于模态数据的不同目标函数的SSD进行了比较研究，并采用粒子群优化（Particle Swarm Optimization，PSO）方法对有限元模型进行了更新，以获得精确的SDD结果，并确定假设情况下的最佳目标函数。

2试验数值模拟2.1简支梁有限元模型在本篇文章中，考虑如图 1 所示的10单元简支梁有限元模型，用于研究不同指标定义目标函数时，简支梁有限元模型的结构损伤时别精度。

其物理参数和几何参数分别设置为：弹性模量E=210GPa，材料密度ρ=7850kg/m3，长度l=3.0m，其横截面为矩形截面，面积A=1.164e-3m2，惯性矩I=7.6165e-7m4，泊松比为0.3。

简支梁模型划分为10个等长度单元，单元类型为两结点四自由度的平面弯曲Euler–Bernoull梁单元。

结构的前五阶频率为23.1858Hz、91.9009Hz、217.3060Hz、348.0799Hz、572.2025Hz。

基于有限元仿真的简支梁结构损伤分析

基于有限元仿真的简支梁结构损伤分析罗裴【摘要】分析了简支梁结构的振动特性,建立了该结构损伤前后的有限元分析模型,模拟计算了简支梁结构在未损伤、一个损伤、两个损伤和三个损伤状况下的固有频率和振型,重点研究了不同损伤状况对它们的影响.发现损伤裂纹可使简支梁结构的固有频率降低,且其降低幅度随裂纹深度增大而增大,但不同位置的裂纹所产生的影响并不相同.模拟计算结果对简支梁结构损伤的检测和识别具有重要意义.%The vibration properties of simple-supported beam are investigated. The finite element analysis models of undamaged and damaged simple-supported beams are developed based on the vibration properties to respectively calculate the natural frequency and the vibration mode of simple-supported beam with undamaged, one damage, two damages and three damages. The effects of different damages on the natural frequency and vibration mode are systemically studied. The simulation results indicate that the damaged cracks may lower the natural frequency, and the reduction content of natural frequency gradually increases as increasing the depth of damaged cracks. However, the effects of cracks are changed as varying the location of cracks. These results have important significance in detecting and recognizing the structural damage of simple-supported beam.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2011(025)005【总页数】5页(P440-444)【关键词】有限元分析;固有频率;振型;损伤检测;结构损伤识别【作者】罗裴【作者单位】武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TB115结构的损伤源于微小裂纹,而裂纹的产生将影响结构的振动特性参数.通过分析结构的振动特性参数即可预测和确定损伤的产生和位置[1-2].在研究结构损伤识别之前,需要对结构进行理论计算和模拟,这样可减少实际工作量,同时还可少走弯路.因此,对结构的理论计算和模拟在结构损伤检测中起着极为重要的作用,也为准确识别损伤奠定基础.有限元分析软件是结构分析中的通用软件,以有限元分析结果作为结构损伤识别的参考,对结构损伤识别的实现具有指导性作用[3-7],因此,采用有限元分析软件对结构进行实验前的理论计算和模拟,将对实验结果起着指导性的作用.本文采用有限元分析软件,对待研究简支梁结构进行了前期的计算和分析,模拟了简支梁结构在未损伤、单个损伤、多个损伤的模态频率和振型的变化,并对模拟的结果进行了比较和分析.1 简支梁的振动特性分析要研究裂纹对简支梁振动特性的影响,必须先建立完好梁和裂纹梁的振动力学模型,然后对比研究不同状况下的梁的振动特性,从而探讨裂纹对梁振动的影响规律[1]. 根据结构动力学理论,结构自由振动的方程可以表示为其特征方程可以表示为由式(2)可以看出,结构的固有频率主要与结构的刚度和质量有关,因此,当结构发生损伤时,结构的刚度和质量均会发生变化.而二者的变化必然会引起结构的固有频率和振型发生变化,那么,由式(2),可以得出结构发生损伤后的特征方程在实际发生损伤的裂纹结构中,结构质量发生改变非常小,可以忽略不计,因此,在忽略质量改变的情况下,式(3)可写为把式(4)展开,并忽略频率的平方项,则得固有频率的改变量为对于第 i阶振型[φi]有式(6)即为频率损伤方程.若结构发生损伤后,第j个单元刚度发生的变化为[ΔKj],则式(6)可变为若假设特征值的变化可以表示为单元损伤位置和损伤程度的函数,即βj为一个标量,它表示第 j个单元的损伤程度,有下式成立将式(9)代入式(7),可得由式(10)可知,简支梁结构的频率变化不仅依赖于结构的损伤位置,而且依赖于损伤程度.因此,通过简支梁的自由振动方程,可求出简支梁的各阶固有频率,而且不同的裂纹长度对梁的刚度的影响不同.随着单元刚度的减小,简支梁各阶自振频率逐渐减少;对称位置的单元刚度降低幅度相同时,对频率的影响也相同,由于不同位置的损伤程度有区别,也会引起相同频率的变化值.当单元刚度降低较小时,裂纹简支梁各阶自振频率变化不大,当简支梁损伤单元的刚度降低超过50%或者更大时,简支梁的自振频率减少量就会明显增大.2 简支梁结构有限元模型的建立在实验装置搭建之前,进行有限元分析是十分必要的.通过在有限元分析软件上对研究结构进行结构参数的模拟,从而确定待研究结构的基本尺寸和材料.在确定这些基本参数后,将对损伤结构的模态参数进行模拟,并获得有效数据.根据有限元分析的模拟和计算,确定待模拟的简支梁的基本参数为:长 1.5 m,宽 0.1 m,高0.005 m,弹性模量为210 GPa,泊松比为0.3,密度为(7.8)3.所得到的简支梁完好与有损伤的有限元模型分别如图1,图2所示,其中,图2对模型进行了放大,可以清晰地看见损伤的位置.网格的大小为0.005 m,裂纹宽度为0.001 m.图1 未损伤简支梁有限元模型Fig.1 Finite element model of simple-supported beam with no damage图2 一个损伤简支梁有限元模型Fig.2 Finite element model of simple-supported with one damage在用ANSYS10进行模拟计算过程中,由于所采用的简支梁比较薄,故简支梁单元采用SHELL63,所得简支梁在不同损伤状况下的各阶固有频率模拟结果如表1,表2所示.表1 简支梁在完好和损伤在同一位置但损伤程度不同的情况下的各阶频率的变化Tab.1 Changes of each order frequency of simple-supported beam under different damage status of the same location with no damage anddamages____损伤状况频率阶数 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶 6阶 7阶 8阶 9阶10阶未损伤 11.958 32.960 64.638 106.93 110.77 159.90 222.40 223.61 231.01 298.12裂纹长为0.08 m 11.716 31.150 63.997 102.43 107.77 151.48 209.92 213.99 222.70 279.94裂纹长为0.06 m 11.847 32.068 64.378 104.89 109.23 155.41 217.76 218.15 223.01 291.23裂纹长为0.04 m 11.914 32.587 64.548 106.13 110.09 157.93 220.83 223.27 224.68 295.65__裂纹长为0.02 m 11.948 32.874 64.624 106.76 110.57 159.44 222.01 223.54 229.07 297.62表2 简支梁在不同损伤个数状况下的各阶频率的变化情况Tab.2 Changes of each order frequencies of simple-supported beam under different damage status____损伤个数频率阶数 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶 6阶 7阶 8阶 9阶10阶三个损伤 11.160 30.220 56.876 96.685 98.980 140.84 144.66 191.81 204.14 264.60一个损伤(0.3m处) 11.920 32.183 61.308 101.31 103.73 156.79 214.76 222.78 228.77 284.90一个损伤(0.8m处) 11.376 32.717 61.035 104.57 110.55 152.56 191.97 194.81 219.16 286.41__两个损伤 11.516 29.335 63.161 99.938 103.51 142.69 202.46 211.60 222.23 251.61由表2可以看出,损伤越严重,简支梁的各阶频率变化就越大,在低频阶段,频率变化随损伤程度的变化不大,在高频阶段,简支梁的各阶频率的变化较明显.表1研究了未损伤和在同一位置损伤的不同程度的简支梁各阶固有频率变化状况,表2研究了简支梁在一个损伤、两个损伤和三个损伤以及一个损伤在不同位置状况下固有频率的变化.由表 2可以看出,损伤个数越多,梁的固有频率的变化就越大,但也有个别频率因多个损伤位置的不同而出现不同的变化,但总体来说,有损伤,则固有频率必有变化;而损伤位置不同,对各阶频率的影响也不同,由表2可以看出,当损伤在0.3 m处时,其4,5,6,10阶固有频率的变化比当损伤在0.8 m处时的相应阶固有频率的变化要大,而其他阶的固有频率的变化则相反,因此,可以看出,损伤位置的不同,其对各阶固有频率的影响不同.因此,在研究简支梁结构的损伤识别时,若采用固有频率进行损伤识别,必须针对同一位置而言,否则将得出错误结果.同时也说明,损伤识别前的模拟计算十分重要.3 简支梁结构振型的有限元分析前面研究了简支梁结构在不同损伤状况下的固有频率的变化,下面将研究简支梁在不同损伤状况下的振型的变化,同样采用有限元分析软件进行模拟和计算,主要研究简支梁在完好和一个损伤、三个损伤状况下的振型的变化,并进行比较,从中寻找简支梁的振型在不同损伤状况下的变化规律.图 3～9是简支梁在未损伤,一个损伤,三个损伤状况下的振型比较图.从简支梁在不同损伤状况下的振型图可以看出,当简支梁结构有损伤时,其振型就有明显的变化.在振型图中可以看到,结构一旦发生损伤,其振型图均有变化,结构的损伤个数越多,其振型图变化就越明显(见图 11),因此,若采用振型来进行结构损伤识别也是完全可以实现的,而且精度比较高,这在很多文献中均有报道.图3 未损伤简支梁的 1阶振型Fig.3 One order vibration mode of simple-supported beam with no damage图4 一个损伤简支梁的1阶振型Fig.4 One order vibration mode of simple-supported beam with one damage图5 三个损伤简支梁的1阶振型Fig.5 One order vibration mode of simple-supported beam with three damages［HT］图6 完好简支梁的2阶振型Fig.6 Two order vibration mode of simple-supported beam with no damage图7 一个损伤简支梁的 2阶振型Fig.7 Two order vibration mode of simple-supported beam with one damages图8 三个损伤简支梁的2阶振型Fig.8 Two order vibration mode of simple-supported beam with three damages图9 未损伤简支梁的 10阶振型Fig.9 Ten order vibration mode of simple-supported beam with no damage图10 一个损伤简支梁的10阶振型Fig.10 Ten order vibration mode of simple-supported beam with one damage图11 三个损伤简支梁的 10阶振型Fig.11 Tenth-order vibration mode of simple-supported beam with three damages4 结论由有限元分析方法模拟计算发现,损伤裂纹使简支梁结构各阶固有频率降低,且各阶固有频率的下降幅度随裂纹的相对深度增大而增大;简支梁结构的各阶固有频率和振型随损伤裂纹深度增大呈现规律性变化,裂纹深度对梁固有频率的影响与裂纹位置密切相关,但不同位置的裂纹对同阶和不同阶的固有频率的影响并不相同.参考文献:[1]李学平,余志武.含多处裂纹梁的振动分析[J].应用力学学报,2007,24(1):66-69.Li Xueping,Yu Zhiwu.Vibration analysis to multiple cracked beam[J].Chinese Journal of Applied Mechanics,2007,24(1):66-69.(in Chinese)[2]Moaveni P H S.Finite element analysis-theory and application with ANSYS[J].Minerals Engineering,1999,12(8):992-993.[3]高丽宏,龙江启.基于有限元模型的梁结构损伤识别技术研究[J].茂名学院学报,2006,16(3):70-74.Gao Lihong,Long Jiangqi.A Study of the damage identification techniques for beam structures based on finite element method[J].Journal ofMaoMing College,2006,16(3):70-74.(in Chinese)[4]武喜.基于有限元的简支梁加固受力分析的研究[J].科学之友,2010(7):66-68. Wu Xi.Simply supported beams reinforcement stress analysis with finite element[J].Friend of Science Amateurs,2010(7):66-68.(in Chinese)[5]李建,薛刚,李奉阁.损伤简支梁模态频率变化规律有限元分析[J].内蒙古科技大学学报,2009,28(4):350-353.Li Jian,Xue Gang,Li Fengge.Finite element analysis on modal frequency change regulations of the damage simple-supported beams[J].Journal of Inner Mongolia University Science and Technology,2009,28(4):350-353.(in Chinese)[6]Damatty A A E,Rahman M,Ragheb ponent testing and finite element modeling of standing seam roofs[J].Thin-Walled Structures,2003,41(11):1053-1072.[7]Her S C,Liang Y C.The finite element analysis of composite laminates and shell structures subjected to low velocity impact[J].Composite Structures,2004,66(4):277-285.。

含损伤梁的三维有限元压电阻抗模型及参数研究

振第３卷第１期１２
动
与
冲击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ
含损伤梁的三维有限元压电阻抗模型及参数研究
李万春，严
（．１宁波大学建筑工程与环境学院，浙江宁波
蔚，王
骥
宁波３５１）１２１
中图分类号：Ｔ３３３Ｕ２．文献标识码：Ａ
Ｔｈｒｅｄｉｅｉｎａｎｉｅｅｅｅｅ．ｍｎｓｏｌｆｔｌｍｎｔＥＭＩｍｏｌｆｒａｄａａｅｅｍｎｄｉｓｐｒｍｅｅｓｉｄｅｏｍｇｄｂａａｔａａｔｒ
２ｏｅｅｏｃａｉｌｎｉｅｒｇａｄＭｃａｉ，ｉｇｏＵｉｒｉ，ｉｇｏ１２１ｈｎ）．ＣｌｇｆｌＭｅｈｎａＥｇｅｎｎｅｈｎｃＮｎｂｎｅｓｙＮｎｂ５１，Ｃｉａｃｎｉｓｖｔ３
Ａｂｓｒｃ：ＡｈｒｅｄｍｅｓｏａｎｉｌｍｅｔＥＭＩｍｏｌｆｒａｄｍａｅｅｍｓｅｔｂｉｈｅｙｅｔａｔｔｅ．ｉｎｉｎｌｆｔｅｅｎｉｅｄｅｏａｇｄｂａｗａｓａｌｓｄｂｍｐｌｙｎｇｔｏｉｈｅｃｍｍｅｃａｏｏｒｉｌｓＫｗａｅＡＮＳｒＹＳ．Ｉｈｓｍｏｅ，ｔｅｅｆｃｆｔｅｂｎｉｇｌｙｒａｎｇｔｉｚｅｅｔｉａｃｅｎｈｅｂｅｍｎｔｉｄｌｈｆｅｔｏｈｏｄｎａｅｍｏｈｅｐｅｏｌｃｒｃｐｔｈｓａｄｔａｏｈｆｔｅＥＭＩｍｏｌｗａｏｓｄｒｄａｄｔｕｏｐｅｔｕｔｒｌｓｓｅｃｎｉｔｎｆＰｔｈｅｄｅｓｃｎｉｅｅｎｈｓａｃｕｌｄｓｒｃｕａｙｔｍｏｓｓｉｇｏＺＴｐａｃｓ，ｂｎｉｇｌｙｒａｄｈｓｏｄｎａｅｎｏｔｂａｗａｒｐｓｄｈｒ．ＣｏｅｍｓｐｏｏｅｅｅｍｐａｓｎｔｈｘｓｉｘｅｉｎａｅｕｔｎｈｅｎｍｅｉａｎｓｕｉｇｏｈｒｍｅｈｏｓｗａｉｒｏｏｔｅｅｉｔｎｇｅｐｒｍｅｔｌｒｓｌｓａｄｔｕｒｃｌｏｅｓｎｔｅｔｄｓｍａｅｔａｉａｅｔｅｐｅｅｔＥＭＩｍｏ１ｄｏｖｌｄｔｈｒｓｎｄｅ．ＴｈｆｅｔｆｖｒｏｓｐｒｍｅｅｓｉｌｄｎｈｒｃｐｈｏｈｅｅｆｃｓｏａｉｕａａｔｒｎｃｕｉｇｔｅｃａｋｄｅｔｆｔｅＥＭＩｍｏｅｄｌｗｅｅｉｖｓｉａｅｒｎｅｔｇｔｄ．Ｎｕｒｃｌｒｓｌｓｉｄｃｔｄｔｔｔｒｐｓｄｍｏｅａｍｐｏｅｒｃａｋｄｔｃｉｎ．Ｆｎｌｍｅａｅｕｔｎｉａｅｈａｈｅｐｏｏｅｄｌｃｎｂｅｅｌｙｄｆｒｃｅｅｔｉｏｏｉａｌｙ，ｔｅｈｅｆｃｓｏｈｉｉｌｍｅｔｓｚｎｔｅｃｌｕａｅｅｕｔｎｈｇｆｅｕｎｙｒｎｅｗｅｅａｓｉｃｓｅｆｅｔｆｔｅｆｎｔｅｅｎｉｅｏｈａｃｌｔｄｒｓｌｉｉｈ—ｒｑｅｃａｇｒｌｏｄｓｕｓｄ．ｅｓＫｅｒｙｗｏｄｓ：ＥＭＩｈｅ－ｉｎｉｎａｉｉｅｅｅｎ；ｃａｋｄｔｃｉｎ；ｐｒｍｅｅｔｄ；ｔｒｅｄｍｅｓｏｌｆｎｔｌｍｅｔｒｃｅｅｔｏａａｔｒｓｕｙ

钢筋混凝土梁损伤识别与评估研究

钢筋混凝土梁损伤识别与评估研究一、研究背景介绍二、钢筋混凝土梁损伤类型与特征1. 梁的弯曲损伤2. 梁的剪切损伤3. 梁的挠曲损伤4. 梁的腐蚀损伤三、钢筋混凝土梁损伤识别方法1. 声波法2. 振动法3. 热成像法4. 电磁法5. 激光扫描法四、钢筋混凝土梁损伤评估方法1. 有限元法2. 非破坏检测法3. 破坏性检测法4. 模型试验法五、钢筋混凝土梁损伤识别与评估技术综合应用案例六、总结与展望一、研究背景介绍随着城市化的不断加速，建筑物的数量呈现出爆炸式增长的态势。

在建筑物中，钢筋混凝土结构是最为常见的一种结构形式，而钢筋混凝土梁则是其最为重要的组成部分。

然而，由于使用年限的不断增加、自然灾害、人为破坏等原因，钢筋混凝土梁的损伤与老化问题也日益凸显，导致其承载能力下降，甚至出现安全隐患。

因此，钢筋混凝土梁损伤识别与评估研究成为了当前建筑领域重要的研究方向之一。

二、钢筋混凝土梁损伤类型与特征钢筋混凝土梁的损伤类型主要包括弯曲损伤、剪切损伤、挠曲损伤、腐蚀损伤等，其特征如下：1. 梁的弯曲损伤梁的弯曲损伤是钢筋混凝土梁最为常见的损伤类型之一，其特征为梁的弯曲变形、裂缝出现等。

其中，弯曲变形主要表现为梁的中心线偏移，裂缝出现则是由于混凝土受拉破坏所致。

2. 梁的剪切损伤梁的剪切损伤是钢筋混凝土梁的另一种常见损伤类型，其特征为梁的剪切变形、裂缝出现等。

其中，剪切变形主要表现为梁的横向位移，裂缝出现则是由于混凝土受剪切力破坏所致。

3. 梁的挠曲损伤梁的挠曲损伤是钢筋混凝土梁较为常见的一种损伤类型，其特征为梁的挠曲变形、裂缝出现等。

其中，挠曲变形主要表现为梁的中心线弯曲，裂缝出现则是由于混凝土受拉破坏所致。

4. 梁的腐蚀损伤梁的腐蚀损伤是钢筋混凝土梁的一种比较特殊的损伤类型，其特征为钢筋的腐蚀、混凝土表面龟裂等。

其中，钢筋的腐蚀会导致钢筋截面积减小，承载能力下降；混凝土表面龟裂则是由于钢筋腐蚀所致。

三、钢筋混凝土梁损伤识别方法钢筋混凝土梁的损伤识别是评估其承载能力和安全性的前提，目前常用的损伤识别方法包括声波法、振动法、热成像法、电磁法、激光扫描法等。

桥梁结构损伤的智能识别方法应用研究

科学技术创新2019.19桥梁结构损伤的智能识别方法应用研究黎波（酉阳县隆达公路建设投资有限公司，重庆409800）1概述近年来，我国桥梁建设飞速发展，各种桥梁不断涌现，逐步完善了我国的交通运输环境。

我国的桥梁数量急剧增加的同时，也有很多桥梁因为荷载和环境等的影响，造成材料疲劳老化，造成结构损伤。

这就要求相关从业人员要运用一定的手段和方法对桥梁的健康状态进行监测，以便及时采取相应的措施，避免造成资源与经济损失。

桥梁工程的结构损伤快速、实时以及智能化与其健康运营管理密切相关，经过土木工程以及相关领域研究学者多年研究以及工程实践，结构损伤监测与观测领域中出现了各种各样的损伤识别方法：传统常规的桥梁损伤识别方法基于接触式传感器与结构安全评定相关规范，在一定程度上能够对桥梁健康状况进行评估并诊断损伤，但此方法以人工主观性评价为主，难以科学量化评估依据。

除此自我，在进行结构安全评估时，往往需要长时间中断交通以采集桥梁结构响应数据参数，且两次结构安全状况评定试验间隔较长，多为3-5年一次，在这个运营及试验周期内所出现的安全问题难以被及时及准确的发现，因此这种方法存在难以科学量化、实时便捷、快速智能、中断交通、频次低方面的缺陷，在桥梁技术快速发展的今天已远远不够[1]。

在土木工程中，人工智能出现时就有了关于桥梁结构安全监测的应用设想。

经过近年来的科学研究以及工程实践，大量学者已取得了相应方面的突破并已经投入工程实际应用中。

随着计算机技术以及人工智能与土木工程的不断融合，人工智能算法的引入为桥梁的智能监测找到了新的出路。

2桥梁结构损伤的智能识别2.1桥梁结构损伤产生的原因桥梁结构损伤的产生的原因是多方面的[2]，施工条件、自然因素和荷载作用都会对桥梁结构的安全造成影响。

2.1.1长期积累损伤桥梁结构在正常使用年限内，由于汽车荷载、温度作用、环境腐蚀等，桥梁结构的某些位置会产生疲劳，影响桥梁的结构安全。

对于索桥，拉索是其主要承载部件，其积累损伤主要由腐蚀和疲劳造成。

基于有限元方法的钢结构损伤检测研究

基于有限元方法的钢结构损伤检测研究随着钢结构在建筑、桥梁和其他基础设施中的重要性不断增加，对其损伤检测的需求也越来越迫切。

因此，基于有限元方法的钢结构损伤检测研究引起了学术界和工程实践者的广泛关注。

本文将探讨有限元方法在钢结构损伤检测中的应用，并介绍其原理、方法和局限性。

有限元方法是一种常用于结构分析的数值计算方法，它将结构模拟为离散化的小单元，并通过求解大型代数方程组来近似解析解。

在钢结构损伤检测中，有限元方法可以用来模拟钢结构的行为，并通过对比实际观测值和有限元模型计算结果的差异来识别和定位结构上的损伤。

钢结构损伤检测的关键是寻找灵敏的结构响应特征，可以反映结构的损伤程度。

有限元方法可以通过改变结构模型中某些参数来模拟不同损伤状态下的结构响应。

例如，在有限元模型中引入损伤参数，如刚度的衰减系数，可以模拟结构受到的局部损伤。

通过与实际测量到的结构响应进行比较，可以推断结构上的损伤位置和程度。

在实际应用中，有限元方法可以应用于不同类型的钢结构损伤检测，如梁、柱、桥梁和建筑物。

其中，梁是最常见的研究对象之一。

研究表明，梁的振动响应是检测损伤的重要特征之一。

通过在有限元模型中模拟不同位置的损伤，可以通过比较模拟结果与实际测量结果来确定损伤位置和程度。

类似地，对于钢结构桥梁，可以通过监测桥梁振动响应特征来检测损伤，如主梁和桥墩的位移、加速度等。

尽管有限元方法在钢结构损伤检测中具有广泛的应用前景，但其也存在一些局限性。

首先，有限元模型需要足够精确的参数来准确地模拟结构响应，并识别结构中的损伤。

这些参数，如材料的弹性模量和损伤模型的参数等，往往需要通过试验或其他方法获取，对于实际结构而言存在一定的困难。

其次，有限元模型的构建和计算需要大量的时间和计算资源。

当结构规模较大时，有限元模型的计算复杂性将会增加，对计算资源的要求也将提高。

最后，有限元方法仅仅通过结构的振动响应来检测损伤，这可能会受到外界环境因素的干扰，例如风、温度变化等。

基于模态应变能的钢结构损伤识别研究

西安建筑科技大学硕士学位论文基于模态应变能的钢结构损伤识别研究专业：防灾减灾工程及防护工程硕士生：张斌指导教师：赵歆冬副教授摘要土木工程结构在服役期可能受到地震、台风、火灾以及环境腐蚀等各种自然和人为的影响，这些影响会使结构的构件产生损伤。

当损伤积累到一定程度时，构件的可靠性会随之降低，进而导致整个结构发生破坏。

因此，对既有结构进行损伤识别并对其加固可以延长结构的使用寿命，减少大量重建资金的投入。

目前，国内外众多学者已提出多种土木工程结构的损伤识别方法。

本文详细论述了这些方法，并对比分析了各种方法的优缺点，提出了结构损伤识别研究目前存在的问题。

在此基础上本文重点对基于模态应变能的结构损伤识别方法进行了深入研究。

首先，本文研究了基于模态应变能变化率的结构损伤定位法。

为了检验该法对于不同钢架结构的定位效果，本文利用ANSYS软件分别建立了一个平面钢架模型和一个空间钢架模型，模拟了九种不同的损伤工况。

由于该法需要结构损伤前与损伤后的模态参数，本文还对两种钢架的完好结构（未损伤结构）与九种损伤工况进行了模态分析，提取了相关参数。

利用这些参数计算了两种钢架结构不同工况各单元损伤前后的模态应变能变化率，并进行了对比分析。

算例结果表明：对于单损伤工况，该法只能定位损伤程度为30%以上的损伤；对于多损伤工况，若未知损伤单元个数，该法无法完成准确定位。

此外，本文还发现在相同的损伤程度下，该法对斜撑定位的灵敏度高于对其他杆件定位的灵敏度。

其次，本文对基于模态应变能变化率的结构损伤定位法进行了改进，重新定义了损伤定位指标，利用上述钢架和损伤工况对改进后的方法进行了验证。

验证结果表明：对于单损伤工况，改进后的方法可定位损伤程度为10%以上的损伤；对于多损伤工况，无需预知损伤单元个数，该法即可较好地完成定位。

最后，本文还对结构损伤程度的估计指标进行了研究。

在研究了学者提出的各种模态应变能结构损伤程度估计指标的基础上，本文首次提出了基于单元模态西安建筑科技大学硕士学位论文应变能比值的损伤程度估计指标，并利用上述的两种钢架模型进行了检验。

基于有限元法的钢筋混凝土结构损伤识别

基于有限元法的钢筋混凝土结构损伤识别马钊;强宇明【摘要】结构损伤识别方法是桥梁结构健康监测系统的重要组成部分，也是目前国际上工程界研究的热点问题，具有很强的工程背景和重要的实用价值。

基于此，提出了一种基于可降阶有限元模型与自适应均方误差的损伤检测方法对线性结构和非线性结构进行损伤识别，同时通过试验数据来验证该方法对结构损伤预测的有效性。

试验结果说明，该方法能有效识别钢筋混凝土结构的时变非线性参数，包括刚度，强度衰减量及结构的箍缩效应，给工程实践提供重要参考价值。

%Structural damage identification is the important aspect of the bridge structural health monitoring sys-tem;it is also a hot topic in international engineering field at present and it has very important engineering back-ground and practice value.Based on this, it was proposed that a combination of the reduced-order finite-ele-ment model and the adaptive quadratic sum-square error with unknown inputs method identifies the damage of linear and nonlinear structure, and the experimental data of the test is used to illustrate the performance of the proposed damage identification method.The experimental results showed that the proposed damage identification method is capable of identifying time-varying nonlinear parameters, including stiffness and strength degradations as well as the pinching effect, which provides an important value for engineering practice.【期刊名称】《安徽理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】7页(P53-59)【关键词】有限元模型;损伤识别;强度衰减;捻缩效应【作者】马钊;强宇明【作者单位】陕西广播电视大学，陕西西安 710119;陕西广播电视大学，陕西西安 710119【正文语种】中文【中图分类】U441.4在结构的服役过程中，由于环境载荷、材料老化、疲劳效应、腐蚀效应等导致结构损伤迅速扩展，使得整个结构毁坏，造成突发性灾难事故，因此，研究结构的早期损伤检测、诊断对结构的安全性具有重要意义[1-2]。

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构裂纹识别技术是口瑚［Ｂｇ】４】】儿珊利用结构上出现裂纹和损伤后，会减小结构的局部柔度或局部刚度，将从而改变结构的整体动态特性这一原理［Ｊ，１通过测量模态特性（其是较易实现测量精度高的结构前三ｏ豫尤
和经费。
采用简单易行的技术，确定结构内部的裂纹、陷，为工程界十分关心和不断探求的课题。正确地缺成
判定缺陷的位置和程度，是估计其寿命的重要决策依据。在诸多检测裂纹的方法中，于有限元模型的结基
程度参数的结构前三阶固有频率，经曲面拟舍技术拟舍得到解曲面；问题将实际损伤结构前三阶固有频率作反为输入，绘制损伤梁结构位置和程度的等高践，根据曲线的变点识别出损伤梁结构损伤位王和程度。数值仿真
算例表明：方法具有足够的辨识精度，谊为梁类结构损伤识别提供了斯方法。
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第３期
高丽宏等：于有限元模型的梁结构损伤识别技术研究基
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损伤梁结构模态分析
梁单元单元刚度矩阵和单元一致质量矩阵Ｍ。分别为
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式中，Ｅ为弹性模量，为截面惯性矩，为单元长度，，ＺＡ为截面面积，ＪＤ为材料密度。
无损伤梁结构自由振动运动方程为ｎ】 ’
（）ｔ＋鼢（）ｔ＝０（）３
式中，为通过单元叠加后得到的总体刚度矩阵；为通过单元叠加后得到的总体质量矩阵，各节点动丽而位移列向量为（）（）（）ｔ＝［ｔｔ… （）ｔ］式中，，１为离散后梁结构全部节点自由度数目。１（）４
关键词：有限元；粱蛄构；裂纹；损伤识剐
中图分类号：Ｕ７．Ｔ３５１文献标识码：Ａ
结构的损伤首先表现为结构裂纹的出现和扩展。结构裂纹的存在，某种程度上决定着结构的可靠在性。而安全性是工程结构最基本的要求 … 。大型复杂结构，始微小裂纹是不易被发现的。但裂纹扩展初的恶劣后果往往导致重大灾难性事故的发生，如航空失事、桥梁突然断裂坍塌、洋平台翻沉等，海造成重大
基于有限元模型的梁结构损伤识别技术研究
高丽宏龙江启，
（．１广东海洋大学工程学院。广东湛江５８２；．２０４２华南理工大学，广东广州５０４）１６０
摘
要：研览基于有限元模型的粱蛄构损伤识别的正反问题，即正问题采用有限元模型求解包含损伤位王和
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第１６卷
第３期
茂名学院学报
ＪＲＬＯＦＭＡＯＮＧＣＬＥＥＯＵＮＡＭＩＯＬＧ
Ｖ１１Ｎ．０．６ｏ３
２００６年６月
文章铺号；７ — ５０２０）３０７ — ５１１６９（￣０ — ０００６０
阶固有频率）事先采用曲面拟合技术［绘制出与损伤位置和程度变化相对应的结构前三阶频率的解曲，９
面，然后由含待定损伤结构的频率值作为解曲面的输入。用等高线来识别结构损伤的位置和程度。这是采近年发展起来的常用和有效的方法Ｉ］ｌｌｎ挪ｌ】印。本文将工程结构中梁类结构损伤等效为扭转线弹簧［】然后建立含损伤梁结构的有限元模型。１船，０以不同损伤位置和程度为自变量，过求解该有限元模型得到梁结构前三阶固有频率与损伤位置和程度的对通应关系。然后通过曲面拟合技术绘制出与损伤位置和程度变化相对应的结构前三阶频率的解曲面。在反
的人员伤亡和巨大经济损失。对结构是否产生裂纹、纹的位置、纹的损伤程度进行及时诊断和评估，裂裂
从而维持其正常使用成为工程中必需的技术。结构损伤诊断的方法有振动诊断法、发射法、声超声波诊断法、射线诊断法、学诊断法、流诊断法、光涡磁粉诊断法、泄漏诊断法、外诊断法。近年来虽有大量探伤红】新技术和新仪器设备出现，用这些局部探伤设备对大型结构进行全面检测，要耗费大量的人力、间但则时
问题仿真分析中。以简支梁为例，以文献ｎ提供的解析解为输入，２］通过等高线的交点识别梁结构损伤
的位置和程度。
收稿日期＂０６— ３—１；回日期：Ｏ６—０ —２２００７修２０３４作者简介：高丽宏（９５一）男，１７，山西阳泉人．硕士，助教．
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