结构损伤定位检测的柔度差二阶差分分子项指标的试验研究

1、本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。 结构损伤定位检测的柔度差二阶差分分子项指标的试验研究 为了验证结构损伤检测的柔度差二阶差分分子项指标，采用结构振动试验的方法来进行研究。利用锤击法分别对两根钢梁损伤前后的振动特性进行试验，获得了结构损伤前后的频率和模态值。测试结果表明，结构损伤，对于低阶频率影响非常大，而对于高阶频率影响却不太大，因此利用结构柔度来进行结构损伤检测时，只需测量少数低阶振动特性即可。利用结构柔度差的二阶差分分子项进行损伤检测，研究结果表明，柔度差二阶差分分子项损伤指标可以有效地进行结构损伤定位检测。 结构损伤识别属于结构动力学的反问题。由于结构的频率与模态对结构损

2、伤的敏感性不是很高，因此，不少学者在获取结构频率与模态特性的基础上，提出了不少方法来进行结构损伤检测。这些方法很多，如模态曲率差法，模态灵敏度法以及模态柔度矩阵差法，模态柔度曲率差法以及柔度差二阶差分分子项指标等等。本文用试验的方法来验证结构损伤检测的柔度差二阶差分分子项指标。 1 柔度差二阶差分分子项指标的定义 对于n自由度系统，具有n个独立的固有频率和模态向量。然而，在实践中柔度矩阵可以用不完整模态近似表示为: 其中为模态矩阵； 为特征值对角阵；i为第i阶模态频率，r为所关心的自由度数；s为所选取（可测量）的模态数目；且（s<r<<n）。 Pandey Biswas等人用

3、柔度差矩阵每一列中绝对值最大元素来直接指示损伤。即 其中， 组成数列的二阶差分项的分子的绝对值作为柔度指标来指示损伤： 2 结构振动试验 试验时，本文选取两根长5.2m的H型钢梁进行试验，梁高为125mm。对于H形钢梁的测点布置如图1所示，测点距离梁的端部为0.1m，在梁的上表面沿轴线方向等间距布置17个测点，测试方向以垂直向上为正。每根钢梁试验分两步：健康结构振动试验和损伤结构振动试验。试验时梁的两端简支，支撑点距离梁的两端距离为0.1m。试验采用锤击法进行振动试验（如图2所示），利用比利时LMS公司生产的TestLab测试系统进行数据采集与模态分析。 图1 H形钢梁的测点布置图 图2 锤击

4、法测试系统 H形钢梁的损伤情况如图3和图4所示。 图3 第1根H型钢梁损伤情况图 为了验证结构损伤检测的柔度差二阶差分分子项指标，采用结构振动试验的方法来进行研究。利用锤击法分别对两根钢梁损伤前后的振动特性进行试验，获得了结构损伤前后的频率和模态值。测试结果表明，结构损伤，对于低阶频率影响非常大，而对于高阶频率影响却不太大，因此利用结构柔度来进行结构损伤检测时，只需测量少数低阶振动特性即可。利用结构柔度差的二阶差分分子项进行损伤检测，研究结果表明，柔度差二阶差分分子项损伤指标可以有效地进行结构损伤定位检测。 利用锤击法分别对两根钢梁损伤前后的振动特性进行测试，结果如表1和图5和图6所示。 表1

5、 两根梁损伤前后的振动频率列表（单位：Hz） （a）第一阶模态形状图 （b）第二阶模态形状图 （c）第三阶模态形状图 （d）第四阶模态形状图 图5 第1根H型钢梁结构损伤前后的模态图（-：健康结构；-：损伤结构） （a）第一阶模态形状图 （b）第二阶模态形状图 （c）第三阶模态形状图 （d）第四阶模态形状图 图6 第2根H型钢梁结构损伤前后的模态图（-：健康结构；-：损伤结构） 两根梁的柔度差二阶差分分子项损伤指标如图7和图8所示，结果表明，指标所示极大值位置与表1所示损伤位置基本上是相符的，说明柔度差二阶差分分子项损伤指标可以有效地进行结构损伤定位检测。 图7 第1根H型钢梁损伤指标图 图8 第2根H型钢梁损伤指标图 3 结语 本文利用结构试验的方法来研究结构柔度差二阶差分分子项这一损伤指标的正确性。本文选取两根钢梁进行损伤前后振动特性试验，测试结果表明，结构损伤，对于低阶频率影响非常大，而对于高阶频率影响却不太大，因此结构柔度来进行结构损伤检测时，只需对少数低阶振动特性进行测试。结果表明，柔度差二阶差分分子项损伤指标可以有效地进行结构