基于振動理論的損傷識別方法以其具有檢測方便、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),近年來一直是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域的研究熱門。由于結(jié)構(gòu)應(yīng)變較之位移包含了更多結(jié)構(gòu)局部信息,所以應(yīng)變模態(tài)對結(jié)構(gòu)損傷更為敏感,為此本文重點(diǎn)研究環(huán)境激勵下基于應(yīng)變模態(tài)的損傷識別方法,提出了新的損傷識別指標(biāo),并通過數(shù)值仿真和實驗進(jìn)行了有效性驗證,最后重點(diǎn)比較了壓電薄膜(PVDF)傳感器與傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變(RS)傳感器的損傷識別性能,主要研究工作有:(1)本文通過對位移模態(tài)理論的深入學(xué)習(xí),分別使用有限元法、位移與應(yīng)變關(guān)系法和連續(xù)體振動微分方程法等三種方法完成了應(yīng)變模態(tài)的理論推導(dǎo),同時介紹并推導(dǎo)了應(yīng)變模態(tài)中模態(tài)正交性、瞬態(tài)應(yīng)變響應(yīng)函數(shù)和應(yīng)變頻響函數(shù)等重要性質(zhì);接著,為更好的獲得環(huán)境激勵下的結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)參數(shù),本文從位移模態(tài)理論出發(fā)推導(dǎo)出基于應(yīng)變模態(tài)的NExT-ERA模態(tài)識別算法,并使用MATLAB軟件按照NExT-ERA算法計算流程圖完成了程序?qū)崿F(xiàn)。(2)本文研究了基于應(yīng)變模態(tài)的損傷識別指標(biāo),包括基于應(yīng)變模態(tài)振型、模態(tài)應(yīng)變能和模態(tài)柔度等損傷指標(biāo),并提出基于柔度矩陣LU分解的新的損傷指標(biāo),通過建立一維簡支梁和二維彈性薄板仿真模型完成對各損傷指標(biāo)的數(shù)值仿真驗證,驗證了各損傷指標(biāo)的有效性,同時對比了各指標(biāo)的損傷識別特性。結(jié)果表明:各損傷指標(biāo)均可識別數(shù)值模型的損傷,確定損傷位置,并在一定程度上評估損傷程度;基于模態(tài)柔度的損傷指標(biāo)較之基于模態(tài)振型的損傷指標(biāo)具有較好的損傷識別效果;基于模態(tài)應(yīng)變能和曲率模態(tài)的損傷指標(biāo),具有較好的損傷識別能力,在損傷識別方面具有一定的優(yōu)越性。(3)本文設(shè)計了彈性薄板實驗平臺,分別進(jìn)行了模態(tài)識別實驗、損傷識別實驗和傳感器對比實驗。模態(tài)識別實驗驗證了基于應(yīng)變模態(tài)的NExT-ERA模態(tài)識別方法的有效性,可在環(huán)境激勵下識別結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)參數(shù);損傷識別實驗驗證了本文提出損傷指標(biāo)的有效性,表明提出的損傷指標(biāo)具有良好的損傷識別性能;傳感器對比實驗分別從結(jié)構(gòu)模態(tài)、損傷位置、損傷距離和損傷程度等角度著重對比壓電薄膜(PVDF)傳感器與傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變(RS)傳感器的損傷識別性能,結(jié)果表明PVDF傳感器與傳統(tǒng)的RS傳感器相比具有靈敏高,損傷識別效果好,識別距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn),適宜應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的損傷識別領(lǐng)域。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U661.4
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 損傷識別方法研究現(xiàn)狀
        1.2.1 基于模態(tài)參數(shù)的損傷識別方法
        1.2.2 基于現(xiàn)代信號處理技術(shù)的損傷識別方法
        1.2.3 基于計算智能的損傷識別方法
    1.3 應(yīng)變模態(tài)參數(shù)識別方法研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要工作
2 應(yīng)變模態(tài)分析基本理論
    2.1 應(yīng)變模態(tài)的理論推導(dǎo)
        2.1.1 基于有限元方法推導(dǎo)應(yīng)變模態(tài)振型
        2.1.2 基于位移與應(yīng)變關(guān)系推導(dǎo)應(yīng)變模態(tài)振型
        2.1.3 基于振動微分方程推導(dǎo)應(yīng)變模態(tài)振型
    2.2 應(yīng)變模態(tài)正交性
    2.3 結(jié)構(gòu)瞬態(tài)應(yīng)變響應(yīng)函數(shù)
    2.4 結(jié)構(gòu)應(yīng)變頻響函數(shù)
    2.5 本章小結(jié)
3 基于NExT-ERA的應(yīng)變模態(tài)識別方法
    3.1 基于應(yīng)變模態(tài)的自然激勵技術(shù)
        3.2.1 單點(diǎn)激勵下的應(yīng)變響應(yīng)函數(shù)
        3.2.2 應(yīng)變響應(yīng)互相關(guān)函數(shù)
    3.2 基于應(yīng)變模態(tài)的特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法
        3.2.1 基于應(yīng)變模態(tài)的狀態(tài)空間模型
        3.2.2 離散時間系統(tǒng)的最小實現(xiàn)
        3.2.3 應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識
    3.3 系統(tǒng)模態(tài)辨識問題
        3.3.1 系統(tǒng)階次確定
        3.3.2 有效模態(tài)辨識
    3.4 基于應(yīng)變響應(yīng)的NExT-ERA算法操作流程圖
    3.5 本章小節(jié)
4 基于應(yīng)變模態(tài)的彈性薄板損傷識別研究
    4.1 彈性薄板彎曲振動基本理論
        4.1.1 彈性薄板彎曲振動方程
        4.1.2 不同邊界條件的薄板振動
    4.2 基于應(yīng)變模態(tài)的損傷指標(biāo)研究
        4.2.1 基于應(yīng)變模態(tài)的振型損傷指標(biāo)
        4.2.2 基于應(yīng)變模態(tài)的模態(tài)柔度損傷指標(biāo)
        4.2.3 基于模態(tài)應(yīng)變能的損傷識別指標(biāo)
        4.2.4 基于模態(tài)柔度的損傷識別新指標(biāo)
    4.3 基于兩端簡支梁的數(shù)值仿真驗證
        4.3.1 簡支梁數(shù)值模型
        4.3.2 應(yīng)變與位移模態(tài)振型損傷對比
        4.3.3 基于模態(tài)應(yīng)變能的損傷指標(biāo)
        4.3.4 基于應(yīng)變模態(tài)與模態(tài)應(yīng)變能的損傷指標(biāo)對比
    4.4 基于彈性薄板的數(shù)值仿真驗證
        4.4.1 彈性薄板數(shù)值模型
        4.4.2 模態(tài)振型與模態(tài)柔度損傷指標(biāo)驗證
        4.4.3 基于模態(tài)柔度的損傷識別新指標(biāo)驗證
    4.5 本章小結(jié)
5 基于彈性薄板的損傷識別實驗驗證
    5.1 彈性薄板實驗平臺及實驗流程
    5.2基于應(yīng)變格式NExT-ERA方法的模態(tài)識別實驗
    5.3 基于應(yīng)變模態(tài)的損傷識別指標(biāo)實驗驗證
    5.4 電阻應(yīng)變傳感器與PVDF傳感器對比實驗研究
        5.4.1 模態(tài)頻率與振型對比
        5.4.2 損傷位置識別效果對比
        5.4.3 識別距離對比
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
    論文工作總結(jié)
    工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文及研究成果
致謝

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