模态分析在结构损伤识别中的应用综述

"这篇文档是关于模态分析在损伤识别中的应用的综述，由Charles R. Farrar和Scott W. Doebling撰写，主要探讨了如何利用振动响应的变化来检测、定位和表征结构和机械系统的损伤。" 损伤识别是工程领域的一个关键问题，特别是在航空航天、桥梁和建筑物的安全监测中。模态分析是这一领域的核心技术之一，它涉及对结构振动特性的研究，如固有频率、振型和模态阻尼。这些模态参数与结构的基本物理属性（质量、阻尼和刚度）紧密相关。当结构发生损伤时，这些物理属性会发生变化，进而导致模态参数的可检测变化。 文章首先阐述了开发这种技术的动机，即通过监测和分析结构的动态响应，可以早期发现并评估潜在的结构损伤，从而确保系统的安全性和可靠性。接着，作者按照不同标准分类介绍了各种损伤识别方法，例如根据检测损伤的程度（轻微、中度或严重），以及是否依赖于特定的模型（模型基方法与非模型基方法），还有线性方法与非线性方法的区别。 线性方法通常适用于小范围的损伤情况，假设系统行为遵循线性动力学原理。然而，对于大范围损伤或非线性效应明显的结构，非线性方法则更为适用。非模型基方法则更多地依赖于实际测量数据，而无需事先对系统有精确的数学模型。 文章还讨论了各种具体的技术，如频谱分析、奇异值分解、时间序列分析、小波变换等，这些都是模态分析中常用的数据处理工具。它们能够帮助识别微小的频率漂移、振型畸变或模态阻尼的变化，这些都是结构损伤的标志。 此外，文章可能还涵盖了基于机器学习和人工智能的现代方法，这些方法能够处理大量的数据，自动学习损伤模式，并提供更高级的损伤识别能力。这些技术的进步极大地扩展了模态分析的应用范围，使其能够应用于更复杂和多变的结构环境。 这篇综述为读者提供了关于模态分析在损伤识别领域广泛应用的全面理解，对于研究人员和工程师来说，是一份宝贵的参考资料，有助于他们了解现有技术，并为未来的研究提供方向。