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基于模态应变能的损伤追踪及程度识别方法研究
摘要
本文提出了一种基于模态应变能的损伤追踪及程度识别方法。该方法利用结构的动态响应信息，通过对结构动态特征参数的提取，计算各个构件的模态应变能，实现对结构的损伤信息的追踪和程度识别。此外，该方法考虑了模型误差的影响，采用了特征参数修正和模型升级的方法，提高了算法的精度。最后，通过实例分析验证了该方法的有效性和可行性。
关键词：损伤追踪；程度识别；模态应变能；动态特征参数；模型误差
Abstract
Thispaperpresentsadamagetrackingandseverityidentificationmethodbasedonmodalstrainenergy.Themethodusesthedynamicresponseinformationofthestructure,extractsthedynamiccharacteristicparameters,calculatesthemodalstrainenergyofeachcomponent,andthenachievesthetrackingofthedamageinformationandtheidentificationoftheseverityofthestructure.Inaddition,thismethodconsiderstheeffectofmodelerrorandadoptsfeatureparametermodificationandmodelupgrademethodstoimprovetheaccuracyofthealgorithm.Finally,theeffectivenessandfeasibilityofthemethodareverifiedthroughcaseanalysis.
Keywords:damagetracking;severityidentification;modalstrainenergy;dynamiccharacteristicparameters;modelerror
引言
随着结构健康监测领域的不断发展，人们对结构损伤的诊断和修复技术的需求越来越高。传统上，结构损伤的检测主要依靠物理测量技术，但这种方法无法实时跟踪变化的损伤信息。针对这一问题，基于结构动态响应特征的健康监测技术逐渐成为了研究的热点。
模态应变能是表征结构屈曲振动能力的重要参数，在结构健康监测领域得到了广泛的应用。本文利用模态应变能计算各个构件的强度，在此基础上提出了一种基于模态应变能的损伤追踪及程度识别方法。该方法充分利用了结构动态响应特征参数的优势，实现了对结构的损伤信息的实时跟踪和损伤程度的准确识别，具有较好的实用性和应用价值。
方法原理
1.模态应变能
模态应变能是表征结构动态响应能力的重要参数，可用于计算结构在振动过程中各个构件的强度。在一定的振动条件下，结构的所有模态形式和全部模态应变能之和等于结构的总弹性势能。因此，可以利用模态应变能计算出各个构件在不同模态下的强度值，实现对结构损伤信息的追踪和程度识别。
2.动态特征参数提取
建立结构的动力学模型，根据模型计算结构的自然频率、阻尼比和振型等动态特征参数，并提取出与损伤程度相关的动态特征参数。将这些参数作为追踪损伤信息的输入数据。
3.模型误差修正
在实际应用过程中，模型的精度存在一定误差。为了消除模型误差对算法的影响，本文采用了特征参数修正和模型升级的方法。基于历史数据对模型进行更新优化，提高算法的准确性和可靠性。
4.损伤追踪与程度识别
根据结构的动态特征参数和模型误差修正结果，利用模态应变能计算各个构件的强度，识别出损伤程度，并通过损伤特征分析进行损伤原因的诊断。
算法流程
本文提出的基于模态应变能的损伤追踪及程度识别方法的具体流程如下：
1.建立结构动力学模型，求解结构的动态特征参数。
2.提取与损伤程度相关的动态特征参数。
3.计算各个构件在不同模态下的模态应变能。
4.根据模型误差修正结果，调整计算得到的模态应变能。
5.根据计算得到的模态应变能，判定各个构件的损伤程度。
6.对损伤特征进行分析，诊断损伤原因。
实例分析
为了验证本文提出的方法的有效性和可行性，本文采用了一座典型的桥梁结构作为研究对象，通过数值模拟的方法进行了实例分析。
首先，本文建立了桥梁结构的动力学模型，根据模型求解了结构的动态特征参数。然后，提取了与损伤程度相关的动态特征参数，计算了各个构件在不同模态下的模态应变能，并根据模型误差修正结果进行了调整。最后，根据计算得到的模态应变能，识别了各个构件的损伤程度，并进行了损伤特征分析。
实例分析结果表明，本文提出的基于模态应变能的损伤追踪及程度识别方法具有较好的准确性和可靠性，能够实现对结构损