[发明专利]一种等效模态应变能损伤识别方法

说明书

技术领域

　　本发明涉及建筑物结构的损伤检测方法，具体涉及一种等效模态应变能损伤识别方法。

 

背景技术

结构的严重损伤会引起建筑物的倒塌或者失效，从而造成巨大的经济或人员生命的损失。因此，对结构损伤的识别研究一直是国际上的研究热点。基于模态应变能的损伤识别方法是较为有效的一种损伤识别方法，Shi Z L等（Shi Z Y, Law S S and Zhang L M. Structural damage localization from modal strain energy change[J].Journal of Sound and Vibration, 1998, 218(5): 825-844.）利用单元模态应变能的改变进行了结构的损伤识别，并考虑了模态数据具有不完备的因素，提出了一种模态应变能变化率方法进行损伤识别，但该方法无法进行定量识别；Sazonov E等（Sazonov E, Klinkhachorn P. Optimal spatial sampling interval for damage detection by curvature or strain energy mode shapes. Journal of Sound and Vibration, 2005, 285(4-5): 783-801.）则利用了应变能模态研究了振动基损伤识别方法，并研究了优化的采样间隔时间问题。但是该方法也无法进行损伤的定量识别。刘晖等（刘晖，瞿伟廉，袁润章. 基于模态应变能耗散率理论的结构损伤识别方法[J]. 振动与冲击，2004，23(2): 118-121.）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，但是该方法采用了未损伤的刚度矩阵替代了损伤后的矩阵。这种简化降低了识别的精度，故该方法的损伤定量识别精度不高。Hu Huiwen等（Hu Huiwen, Wang Bor-Tsuen, Lee Cheng-Hsin et al. Damage detection of surface cracks in composite laminates using modal analysis and strain energy method. Composite Structures, 2006, 74(4): 399-405.Hu Huiwen, Wu Chengbo. Development of scanning damage index for the damage detection of plate structures using modal strain energy method. Mechanical Systems and Signal Processing, 2009,23(2): 274-287）则利用了模态分析法和应变能方法研究了复合材料板的表面裂纹识别问题，其首先利用模态分析方法得到了模态形状，然后利用了微分求积法计算了应变能，但是该方法只能应用于复合材料板的单个表面裂纹损伤的识别问题，难于解决多损伤问题。故本研究将在以上研究的基础上，提出了一种应变能等效指标损伤识别方法。该方法将直接利用损伤后的刚度矩阵来计算损伤后的模态应变能，并推导出相应的等效平衡方程，从而建立一个新的损伤识别指标，即应变能等效指标。该新的指标不仅可以提高损伤识别的精度，而且可以对多损伤进行识别研究。

综上，现有的应变能损伤识别技术主要存在以下缺陷：

一是难于进行结构多损伤的定量识别；二是对于损伤的识别精度不高。

 

发明内容

　　针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种新的应变能损伤识别技术，不仅可以解决多损伤的定量识别问题，而且可以提高结构损伤识别的精度。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种等效模态应变能损伤识别方法，其特征在于，利用损伤前后所产生的模态振型的来分别求出相应的模态应变能，再利用每个损伤单元的应变能等效指标来判断该单元的损伤位置和程度；其中，如果该指标值接近于0或出现负值则意味着没有损伤，当该值为正值时则意味着该单元出现损伤，单元的损伤程度就是该等效指标值的大小；具体包括如下步骤：

1）原始数据的提取：根据具体的结构，提取材料的弹性模量E、密度ρ、截面尺寸A、截面惯性矩I以及构件长度l这些基本数据；