基于动能密度和弯曲弹簧模型的裂纹梁损伤识别.pdfVIP

维普资讯 第 25卷第 1期 华 中 科 技 大 学 学 报 (城市科学版) VoI．25No．1 2008年 3月 J．ofHUST． (UrbanScienceEdition) M ar．2008 基于动能密度和弯 曲弹簧模型的裂纹梁损伤识别 陈晓强h ， 朱宏平 ， 王丹生la,lb， 焦 建h (1．华 中科技大学 f1．土木工程与力学学院；b．控制结构湖北省重点实验室 ，湖北 武汉 430074； 2．总后建筑设计研究院武汉分院，湖北 武汉 430010) 摘 要 ：基于动能密度和弯 曲弹簧模型，提出了裂纹梁损伤识别两步法 。首先，利用各测点的加速度信号计算动 能密度指标 ，通过 比较损伤前后它的变化判断裂纹位置 ；然后 ，将损伤位置和梁一阶频率代人弯 曲弹簧裂纹梁 模型 ，识别裂纹深度 。通过一简支梁模型的数值算例 ，验证 了该损伤识别方法的有效性 。 关键词 ：动能密度 ； 弯 曲弹簧模型； 裂纹梁 ； 损伤识别 中图分类号 ：0327；TU311．3 文献标识码 ：A 文章编号 ：1672—7037(2008)01—0051-04 梁式结构的损伤绝大部分表现为关键部位出 曲弹簧模型的裂纹梁的损伤识别两步法。首先 ，利 现裂纹 ，导致梁结构承载能力下降，进而影响结构 用分布测量 (sIM())得到若干测点的加速度信 安全 。因此 ，对梁结构进行损伤识别 ，及时发现裂 号，通过时域积分得到速度时程数据，计算得到本 纹 ，诊断裂纹 的位置及大小 ，采取相应措施 ，可 以 文提 出的动能密度指标，通过 比较损伤前后动能 避免财产损失和人员伤亡 。由于梁结构型式简单， 密度的变化判断出裂纹位置 ；然后 ，将损伤位置信 容易进行分析和测试 ，已成为土木工程损伤识别 息和梁的一阶频率信息代人弯 曲弹簧裂纹梁模 和健康监测领 域研究最广泛 的结构型式0 ]，研 型，识别裂纹深度。通过一简支梁模 型的数值算 究成果已在实际工程 中得到了应用 ，如青马大桥 、 例，验证了该识别方法的有效性 。 江阴长江大桥等大型桥梁结构的健康监测 。 损伤识 别的前提是测试数据 ，利用单点激励 1 基于动能密度的损伤识别方法 单点响应 (SISO)数据仅能识别是否发生损伤，起 到损伤预警作用 ]，这是损伤识别 的第一个层 1．1 动能密度的概念 次 6【；为获得损伤位置及程度等信息，需单点激励 物体的动能为 ： 多点响应 (SIM())数据 或 多点激励 单 点 响应 (f)一7 (f)／2。 (1) (MISo)数据 。相 比频域识别方法 ，时域方法可 以 本文将动能密度定义为 ： 避开振型求解等复杂 问题 ，直接利用时程测试数 Kd(￡)一K (f)／V—my(￡)。／(2V)一0．5pv(f)。，(2) 据在时域 内识别损伤 ，近 年来 已有学者提出了时 式中，n为物体质量， (f)为物体运动速度 ， 为 域损伤识别 的能量方法。Song等利用 小波包变 物体体积，J0为物体密度 。 换 ，提取小波包各频带能量指标进行损伤识别 ]， 一 般地，结构在服役过程 中材料密度 J0基本 但这些 “能量”仅是信号分析角度 的能量 ，不具有 不变 ，为方便起见，这里舍弃常量 0．5p，将动能密 现实物理世界 中能量 的意义 (如 ：动能、势能、热 度重新定义为： 能、应变能等)。Xu等通过对加速度信号平方进行 Kd(￡)一 (f) 。 (3) 时域积分得到加速度能量，对桥梁结构进行损伤 1．2 动能密度损伤识别 方法 识别_8j，该方法原理简单 ，易于实现，但需保证各 梁结构在服役过程 ，一旦出现裂纹 ，导致裂纹 工况 的激励完全相 同(激励的种类 、大小 、作用时 区域刚