基于模态参数结构损伤检测的实验研究

随着现代工程结构正在向大型化、复杂化、自动化方向发展，复杂的服役环境使结构的运行安全受到威胁，而且现实生活中许多灾难性结构工程事故的发生，引发人们对结构“健康”问题的广泛关注。为了保证安全、避免灾难，实时、在线、准确地进行结构损伤识别的技术研究受到了广大学者和工程技术人员的重视。 本文阐述了现阶段结构损伤识别技术的国内外研究现状，介绍了各种结构损伤识别技术的理论与研究方法，并开展了利用模态参数对简支梁进行结构损伤识别的实验研究。“基于模态参数CMI和MMI的结构损伤检测”是一种新的通过模态分析来识别结构损伤的方法，文中详细论述了利用模态参数CMI和MMI进行结构损伤识别的理论与方法，重点是通过对简支梁模型的实测分析证实了这两个识别参数的有效性。基于模态参数CMI和MMI的结构损伤识别分为两阶段：即第一阶段在曲率模态概念基础上计算曲率模态指标(CMI)，进而根据CMI的值进行损伤定位。CMI是由结构模态导出的一个损伤识别参数，它对局部损伤非常敏感而且与结构的几何坐标关联，所以CMI非常适合损伤定位；第二阶段，在上一步损伤定位的基础上，通过计算可能损伤测段每个单元的模态矩参数(MMI)，准确估计出损伤测段的损伤程度。假定结构损伤前后的模态应变能变化很小可以忽略不计，建立方程便可推出MMI，估计出结构可能的损伤程度。应用MATLAB软件和Excel工具开发了运算和绘图程序，只需输入结构振型，即可给出损伤识别的图示与数值结果。 本文以简支钢板梁为例，理论分析通过削减指定损伤处的正截面面积来模拟结构的损伤。以此得到钢板梁的5种损伤工况，并通过振动测试实验获取结构振型，最后将所得的振型输入MATLAB运算程序CMT2.0中得到识别结果。结果表明：该结构损伤检测方法不但可以精确定位结构损伤，同时还能够针对具体损伤位置给出大致的损伤系数估计值。