模型缩聚在结构损伤识别中的应用研究与曲率模态分析

模型缩聚在结构损伤识别中的应用研究 模型缩聚是有限元模型中的一种技术，目的是减少模型的自由度，使其与实际测试自由度相匹配。模型缩聚可以解决有限元模型自由度多于实际测试自由度的问题。 在结构健康监测技术中，损伤识别算法是核心算法，其基本思想是利用健康结构的数学模型和振动试验数据与损伤结构的振动响应进行比较，从而判定、评估结构损伤位置及程度。在实际的工程问题中，由于仪器设备、费用等客观条件的限制，在实际测试中很难完全测到转角自由度及全部的平动自由度信息，导致结构测试自由度远小于有限元模型自由度。 模型缩聚可以解决实测自由度少于有限元模型自由度数的矛盾，常用的缩聚方法有Guyan减缩法、O’Callahan的改进缩聚系统法（IRS法）和动态缩聚法等。Guyan减缩法是一种常用的模型缩聚方法，它可以将有限元模型的自由度缩聚到结构测试自由度。 在本文中，作者使用Guyan减缩法对一平面框架结构进行模态分析，然后用曲率模态方法对该平面框架结构进行损伤识别。曲率模态方法是基于材料力学的理论，认为曲率是抗弯刚度的函数，它与抗弯刚度成反比，结构发生局部损伤处的抗弯刚度会降低，所以曲率函数在损伤处会突变，根据曲率函数的突变可以识别结构损伤。 在实际工程中，曲率一般不能直接测量，但可利用位移差分求得，如式（1）所示。式（1）中，y′′为测点曲率，y′、y、y′′分别为第m+1、m、m-1测点的位移，l为测点间距。 通过模型缩聚和曲率模态方法，可以实现平面框架结构的损伤识别，表明模型缩聚可以应用于平面框架结构的损伤识别。该方法可以应用于结构健康监测技术中，用于识别结构损伤位置及程度。 模型缩聚和曲率模态方法的应用可以扩展到其他领域，如机械工程、土木工程、航空航天工程等，可以应用于各种结构的损伤识别和健康监测。 模型缩聚和曲率模态方法可以应用于结构损伤识别，具有广泛的应用前景。