文档介绍：结构损伤定位检测的柔度差二阶差分分子项指标的试验研究
张军,陈国浩
(总装工程兵科研一所,江苏无锡,214035)
摘要:为了验证结构损伤检测的柔度差二阶差分分子项指标,采用结构振动试验的方法
来进行研究。利用锤击法分别对两根钢梁损伤前后的振动特性进行试验,获得了结构损伤前
后的频率和模态值。测试结果表明,结构损伤,对于低阶频率影响非常大,而对于高阶频率
影响却不太大,因此利用结构柔度来进行结构损伤检测时,只需测量少数低阶振动特性即可。
利用结构柔度差的二阶差分分子项进行损伤检测,研究结果表明,柔度差二阶差分分子项损
伤指标可以有效地进行结构损伤定位检测。
关键词:二阶差分分子项,结构柔度差,损伤检测,试验研究
中图分类号:TU311 文献标识码:A
结构损伤识别属于结构动力学的反问题。由于结构的频率与模态对结构损伤的敏感性不
是很高,因此,不少学者在获取结构频率与模态特性的基础上,提出了不少方法来进行结构
损伤检测。这些方法很多,如模态曲率差法[1],模态灵敏度法[2]以及模态柔度矩阵差法[3,4],
模态柔度曲率差法[5]以及柔度差二阶差分分子项指标[6]等等。本文用试验的方法来验证结构
损伤检测的柔度差二阶差分分子项指标[6]。
1 柔度差二阶差分分子项指标[6]的定义
对于 n 自由度系统,具有 n 个独立的固有频率和模态向量。然而,在实践中柔度矩阵可
以用不完整模态近似表示为
−1 T
F × = ×× ΨΩΨ×srsssrrr (1)
Ω= diag ω 2 ω
其中Ψ为模态矩阵; { i }为特征值对角阵; i 为第 i 阶模态频率,r 为所关心的
自由度数;s 为所选取(可测量)的模态数目;且(s<r<<n)。
Pandey & Biswas等人[3,4]用柔度差矩阵每一列中绝对值最大元素来直接指示损伤。即
__
j = maxδδ ij (2)
i
__ __
其中,δ j 为柔度差矩阵第 j 列中最大的元素。他们利用δ j 组成曲线中的拐点来确定损伤位
置,但是往往很难明确指示。为了使损伤位置更加明确显示,本文拟采用柔度差矩阵每一列
__
中绝对值最大元素δ j 组成数列的二阶差分项的分子的绝对值作为柔度指标来指示损伤:
__ ____
NSDCFi i+1 2 +−= δδδ ii −1 (3)
2 结构振动试验
试验时,本文选取两根长 的 H 型钢梁进行试验,梁高为 125mm。对于 H 形钢梁
的测点布置如图 1 所示,测点距离梁的端部为 ,在梁的上表面沿轴线方向等间距布置
17 个测点,测试方向以垂直向上为正。每根钢梁试验分两步:健康结构振动试验和损伤结
1
构振动试验。试验时梁的两端简支,支撑点距离梁的两端距离为 。试验采用锤击法进
行振动试验(如图 2 所示),利用比利时 LMS 公司生产的 TestLab 测试系统进行数据采集与
模态分析。
图 1 H 形钢梁的测点布置图
图 2 锤击法测试系统
H 形钢梁的损伤情况如图 3 和图 4 所示。
图 3 第 1 根 H 型钢梁损伤情况图
图 4 第 2 根