CN109270164A - 基于振型曲率变化率的拉索索体损伤定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种基于振型曲率变化率的拉索索体损伤定位方法，是分别建立拉索无损伤、截面损伤1%、截面损伤5%和截面损伤10%的4种工况下有限元模型，利用数值模拟方法，计算各工况下的拉索振型，依据计算出的损伤前后的动力参数与引入曲率模态、曲率模态变化率的间接动力参数进行对比；然后对振型曲率做一次差分，表征振型曲率的突变情况，通过测试拉索的振型，利用拉索振型实测值计算拉索振型曲率变化率，由振型曲率的变化率曲线的突变即可判断出拉索索体的损伤位置。通过测试拉索的振型，利用拉索振型实测值计算拉索振型曲率变化率，由振型曲率的变化率曲线的突变即可判断出拉索索体的损伤位置。

Description

基于振型曲率变化率的拉索索体损伤定位方法

技术领域

本发明涉及拉索索体损伤定位技术，具体是一种基于振型曲率变化率的拉索索体损伤定位方法。

背景技术

对于拉索类桥梁(如悬索桥、斜拉桥、吊杆拱桥等)，拉索索体的断丝会改变索体的物理特性(截面面积、抗弯刚度等)，从而影响拉索的动力特性(频率、振型)。当某一位置发生断丝损伤时，该位置的振型必然会产生变化。基于振型曲率(振型的二阶导数)的损伤识别方法，可以容易地定位出索体破坏较大时的损伤位置。然而，在实际运用时发现，当索体损伤程度较小时，基于振型曲率的损伤定位识别方法并不能很好的识别出损伤位置。鉴于此，提出一种索体损伤较小时的损伤定位方法就显得很有必要。

发明内容

本发明的目的是要提供一种基于振型曲率变化率的拉索索体损伤定位方法。

实现本发明目的的技术方案是：

基于振型曲率变化率的拉索索体损伤定位方法，是：

(1)分别建立拉索无损伤、截面损伤1％、截面损伤5％和截面损伤10％的4种工况下有限元模型，利用数值模拟方法，计算各工况下的拉索振型，依据计算出的损伤前后的动力参数与引入曲率模态、曲率模态变化率的间接动力参数进行对比，其中：

曲率模态可近似的表示为：

φ＝d²y/dx²

其中，y为位移振型函数，x表示位置坐标，由于测点儿离散性，一般用差分的方法求得曲率振型的各个元素，差分公式如下：

公式中，x₁、x₂、x₃分别表示各点的振型值，h₁、h₂分别表示振型各点之间的距离，φ为振型的曲率；

(2)对振型曲率做一次差分，表征振型曲率的突变情况：

κ＝d³y/dx³

其中，y为位移振型函数，x表示位置坐标。同时，由于测点儿离散性，一般用差分的方法求得振型曲率的变化率的各个元素。差分公式如下：

通过测试拉索的振型，利用拉索振型实测值计算拉索振型曲率变化率，由振型曲率的变化率曲线的突变即可判断出拉索索体的损伤位置。

附图说明

图1为本发明实施例10m处截面损伤1％时1阶振型曲率变化率示意图；

图2为本发明实施例10m处截面损伤5％时1阶振型曲率变化率示意图；

图3为本发明实施例10m处截面损伤10％时1阶振型曲率变化率示意图。

具体实施方式

基于振型曲率变化率的拉索索体损伤定位方法，是：

(1)分别建立拉索无损伤、截面损伤1％、截面损伤5％和截面损伤10％的4种工况下有限元模型，利用数值模拟方法，计算各工况下的拉索振型，依据计算出的损伤前后的动力参数与引入曲率模态、曲率模态变化率的间接动力参数进行对比，其中：

曲率模态可近似的表示为：

φ＝d²y/dx²

其中，y为位移振型函数，x表示位置坐标，由于测点儿离散性，一般用差分的方法求得曲率振型的各个元素，差分公式如下：

公式中，x₁、x₂、x₃分别表示各点的振型值，h₁、h₂分别表示振型各点之间的距离，φ为振型的曲率；

(2)对振型曲率再做一次差分，表征振型曲率的突变情况：

κ＝d³y/dx³

其中，y为位移振型函数，x表示位置坐标。同，由于测点儿离散性，一般用差分的方法求得振型曲率的变化率的各个元素。差分公式如下：

分别计算了10m处截面损伤1％、5％、10％四种工况的1阶曲率模态变化率，分别如图1-3所示。

综上所述，应变模态曲线对裂缝损伤具有很好的识别效果，即便在没有原始数据的情况下，也有良好的识别效果。损伤位置对各阶振型的影响各不相同，损伤处的的振型值越大，对该阶模态曲线的影响就越大，识别效果就越好，应变模态曲线没法识别振动节点处的损伤，因此要结合多阶模态进行综合分析。

由图1-3可以看出，当拉索索体截面发生损伤时，拉索的1阶振型曲率的变化率在损伤位置处发生突变，存在较明显的突变特征，即同时存在正负交替突变。并且，无损伤损的大小，均可以很明显的判断出损伤的发生和位置。由此，通过测试拉索的振型，利用拉索振型实测值计算拉索振型曲率变化率，由振型曲率的变化率曲线的突变即可判断出拉索索体的损伤位置。

Claims (1)

1.基于振型曲率变化率的拉索索体损伤定位方法，其特征是：

(1)分别建立拉索无损伤、截面损伤1％、截面损伤5％和截面损伤10％的4种工况下有限元模型，利用数值模拟方法，计算各工况下的拉索振型，依据计算出的损伤前后的动力参数与引入曲率模态、曲率模态变化率的间接动力参数进行对比，其中：

曲率模态可近似的表示为：

φ＝d²y/dx²

其中，y为位移振型函数，x表示位置坐标，由于测点儿离散性，一般用差分的方法求得曲率振型的各个元素，差分公式如下：

公式中，x₁、x₂、x₃分别表示各点的振型值，h₁、h₂分别表示振型各点之间的距离，φ为振型的曲率；

(2)对振型曲率做一次差分，表征振型曲率的突变情况：

κ＝d³y/dx³

其中，y为位移振型函数，x表示位置坐标。同，由于测点儿离散性，一般用差分的方法求得振型曲率的变化率的各个元素，差分公式如下：

通过测试拉索的振型，利用拉索振型实测值计算拉索振型曲率变化率，由振型曲率的变化率曲线的突变即可判断出拉索索体的损伤位置。