CN112525519B - 基于脉动测试的桁架结构损伤评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于脉动测试的桁架结构损伤评估方法,涉及结构健康监测领域。本发明方法首先对桁架结构的所有杆件和杆件的所有端节点的自由度进行编号,并建立桁架结构的有限元模型,获得刚度矩阵和质量矩阵;其次在桁架结构的各个节点上安装无线加速度传感器,记录结构脉动各阶特征值及相应的振型;对各阶振型进行归一化运算;计算桁架结构的虚拟位移矩阵和损伤指标向量以及损伤程度因子;最后根据损伤指标向量评估损伤杆件位置,根据损伤程度因子评估损伤程度。使用本发明方法进行桁架结构损伤评估,无须专门施加人工激振外荷载,并且能节省损伤评估所需要花费的时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及结构健康监测领域,更具体的说是涉及一种基于脉动测试的桁架结构损伤评估方法。
背景技术
桁架结构在土木、机械、航空和海洋等工程领域中广泛使用,如钢桁架屋盖、钢桁架桥梁、塔吊、起重机臂、海洋平台等。由于环境腐蚀、材料疲劳、连接件松动等因素必然导致结构损伤,对结构中的损伤状况作出及时准确的识别,才能采取相应的加固维修方案,避免发生重大的安全事故。近年来,已提出一些用于桁架结构的损伤评估方法。
专利CN102495134B公开了一种基于附加质量的桁架结构损伤定位方法,利用附加质量后杆件频率响应峰值位置的比较来判断杆件损伤的位置,虽然成本低廉、操作简单,但是往往需要专门施加外荷载来使得结构发生振动,这对于大型的桁架结构而言不现实且不经济,所以迫切需要一种利用结构脉动测试数据即可进行损伤评估的方法,从而不需要另外再施加人工激振荷载,能节省损伤评估所需要花费的时间和成本。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种基于脉动测试的桁架结构损伤评估方法,以解决背景技术中提出的问题,不需要专门施加人工激振外荷载,只利用结构脉动测试数据即可进行损伤评估。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种基于脉动测试的桁架结构损伤评估方法,具体步骤包括如下:
对桁架结构的所有杆件进行编号,同时对杆件的所有端节点的自由度进行编号,列出杆件编号和自由度编号关系表,并利用有限元软件建立桁架结构的有限元模型,从而获得桁架结构的刚度矩阵K和质量矩阵M;
优选的,所述评估损伤杆件位置的具体步骤为:
根据所述杆件编号和自由度编号关系表来确定发生损伤的杆件编号,进而确定损伤杆件的位置。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种基于脉动测试的桁架结构损伤评估方法,本发明的有益效果为:本发明无须专门施加人工激振外荷载,只需要利用桁架结构脉动测试数据即可进行损伤评估,能节省损伤评估所需要花费的时间和成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的桁架结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
采用本发明方法进行结构损伤识别的步骤如下:
首先,对桁架结构的所有杆件进行编号,同时对杆件的所有端节点的自由度进行编号,列出杆件编号和自由度编号关系表,并利用有限元软件建立桁架结构的有限元模型,从而获得结构的刚度矩阵K和质量矩阵M;本实施例的杆件编号和自由度编号关系表如表1所示;
表1杆件编号和自由度编号关系表
0.226 | -0.301 | 0.000 | -0.301 | 0.226 | -0.602 | 0.000 | -0.602 | 0.226 | -0.903 |
-0.301 | 1.185 | 0.000 | 1.185 | -0.301 | 1.587 | 0.000 | 1.587 | -0.301 | 1.988 |
0.000 | 0.000 | 0.226 | 0.000 | 0.000 | 0.301 | 0.226 | 0.301 | 0.000 | 0.602 |
-0.301 | 1.185 | 0.000 | 1.355 | -0.301 | 1.756 | 0.000 | 1.756 | -0.301 | 2.157 |
0.226 | -0.301 | 0.000 | -0.301 | 0.452 | -0.903 | 0.000 | -0.903 | 0.452 | -1.505 |
-0.602 | 1.587 | 0.301 | 1.756 | -0.903 | 4.342 | 0.301 | 4.342 | -0.903 | 5.947 |
0.000 | 0.000 | 0.226 | 0.000 | 0.000 | 0.301 | 0.452 | 0.301 | 0.000 | 0.903 |
-0.602 | 1.587 | 0.301 | 1.756 | -0.903 | 4.342 | 0.301 | 4.511 | -0.903 | 6.117 |
0.226 | -0.301 | 0.000 | -0.301 | 0.452 | -0.903 | 0.000 | -0.903 | 0.677 | -1.806 |
-0.903 | 1.988 | 0.602 | 2.157 | -1.505 | 5.947 | 0.903 | 6.117 | -1.806 | 10.513 |
利用虚拟位移矩阵计算损伤指标子向量,对损伤指标子向量求和得到损伤指标向量,其中,每个损伤指标子向量这样得到:首先计算伪节点力向量,其计算式为:;然后令伪节点力向量中第个元素置零,并对所得的向量中的每个元素分别取绝对值即得损伤指标子向量;本实施例计算所得损伤指标向量如表3所示;
自由度编号 | 损伤指标向量 |
1 | 0 |
2 | 0 |
3 | 1 |
4 | 0.75 |
5 | 1 |
6 | 0.5 |
7 | 0 |
8 | 0 |
9 | 0 |
10 | 0 |
具体步骤为:首先确定损伤指标向量中绝对值显著偏大的那些自由度所对应的编号,然后根据杆件编号和自由度编号关系表来确定发生损伤的杆件编号,从而可以确定损伤杆件的位置;本实施例中,由表3第2列结果可以看出,损伤指标向量中绝对值显著大于0的自由度编号分别为3、4、5和6,然后根据表1中杆件编号和自由度编号关系,从而可以确定损伤杆件的位置为杆件5。
其中指伪节点力向量中绝对值最大的元素,为损伤杆件编号,指损伤杆件所对应的单元刚度矩阵的第s行向量。在本实施例中,由上述过程计算所得杆件5的损伤程度因子为0.2,与假设相符。由此可见,本发明提供的一种基于脉动测试的桁架结构损伤评估方法,结果准确且节省损伤评估所需要花费的时间和成本,无须专门施加人工激振外荷载。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种基于脉动测试的桁架结构损伤评估方法,其特征在于,具体步骤包括如下:
对桁架结构的所有杆件和杆件的所有端节点的自由度进行编号,列出杆件编号和自由度编号关系表,并建立桁架结构的有限元模型,获得所述桁架结构的刚度矩阵K和质量矩阵M;
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