基于模态应变能与频率信息修正的结构多损伤识别研究.pdfVIP

第 l6卷5期 应用基础与工程科学学报 V01．16．No．5 2008年 lO月 JOURNALOFBASICSCIENCEANDENGINEERING 0ctober20o8 文章编号：1005-0930(2008)05-0719-07 中图分类号 ：TB123 文献标识码：A 基于模态应变能与频率信息修正的 结构多损伤识别研究 郭惠勇，李正良 (重庆大学土木工程学院，重庆400045) 摘要：在工程结构的损伤诊断领域，采用模态应变能方法对多损伤识别的结果一 般不太稳定，易产生误判现象．为了解决以上问题，提出了一种基于模态应变能 与频率的信息修正识别方法．该方法首先利用应变能方法对结构损伤问题进行 了初步的识别并获得局部决策，然后引入了频率识别方法以获得补充决策信息， 最后利用证据融合理论对所获得的局部决策进行 了信息融合修正，从而获得精 度和识别效果更高的整体决策信息．仿真结果表明，采用了信息融合修正方法的 结构多损伤定位，可以产生比单一信息源更精确、更完全的估计和判决，其识别 效果不仅明显好于应变能方法，而且优于频率识别方法． 关键词：损伤识别 ；模态应变能；频率；信息修正；证据理论 各种工程结构在投入使用后，由于环境的作用，其材料的微观成分就会随着时间的推 移而发生演变，其结果导致材料的强度、刚度等力学参数的降低，从而在结构上积累引起 各种损伤．而结构的内部物性损伤，会导致结构的动力特性发生变化．正是基于以上理论， 近2O年来 ，国内外学者利用频率、位移模态以及模态应变能的变化进行了大量的结构损 伤识别方面的研究 ¨引．其 中，基于模态应变能的损伤识别方法是较为有效的 种． ShiZY4【等利用单元模态应变能的改变进行了结构的破损识别，并考虑了模态数据具有 不完备的因素．而刘晖等 则考虑了应变能的耗散问题，提出了一种基于应变能耗散率 理论的识别方法．该种方法对于单损伤识别效果明显，但对于多损伤识别的结果常常不够 稳定，易产生误识别现象． 为了提高对多损伤识别效果的稳定性，本文提出了一种基于模态应变能信息修正的 结构多损伤识别方法．该方法以应变能耗散率理论为基础，借鉴频率识别技术，利用信息 融合方法对获得的初步结果进行信息修正，从而获得具有较高稳定性的多损伤识别结果． 1 模态应变能方法 基于模态应变能耗散率的损伤检测是由刘晖等 提出的一种较为有效的识别方法， 该方法是将结构的损伤过程考虑为结构未损单元模态应变能的耗散过程，利用模态应变 收稿 日期：2007-09—17；修订 日期：2008-06-10 基金项 目：重庆市科委 自然科学基金资助项 目(2006BB6165) 作者简介：郭惠勇(1971一)，男，博士，副教授．E-mail：ghy267@tom．corn 应用基础与工程科学学报 能耗散率导出相应的损伤指标．具体描述如下 ： 一 般来说，结构的损伤常常会降低结构的刚度特性，对质量的影响很小．因此，结构在 损伤前后，第 个单元关于第i阶模态的单元应变能(MSE)如下： MSE~．= ； (1a) MSE：= (1b) 式中，s 、 d 别苊钡仂甘Jl、后第 个单元关于第i阶模态的单元应变能； 为第_个『 单元的刚度矩阵； ， 分别为损伤前、后结构的第 i阶模态振型． 则第 个单元所对应的结构前m阶模态在损伤前后的单元应变能为 = ∑ i (2a) MSE]=∑ Kj+ (2b) 由此，可得到第 个单元的损伤因