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1、識別簡支梁鋼橋損傷的仿真分析摘要:簡述橋梁健康監(jiān)測的目的和意義,介紹了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)的原理及波形指數(shù)的概念。為了研究橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測問題,在有限元理論基礎(chǔ)上,運(yùn)用有ANSYS軟件,建立與試驗(yàn)室試件相對應(yīng)的簡支鋼梁有限元模型。在模擬的時(shí)間-位移關(guān)系曲線基礎(chǔ)上,經(jīng)Hilbert-Huang變換和傳統(tǒng)時(shí)幅域分析中的波形因數(shù)相結(jié)合,通過加瞬時(shí)激力于跨中,得到各位置處的指標(biāo)值及變化率,識別了損傷位置和損傷程度。中國7/vie Abstract:Thepurposeandsignificanceofbridgehealthmonitoringisdescribedinthispaper.Pri
2、ncipleofempiricalmodedeposition(EMD)andconceptofshapefactorareintroduced.Inordertostudythehealthmonitoringofbridgestructureproblem,basedonthefiniteelementtheory,thispaperusestheANSYSsoftentmodelofsimplesupportedbeamsteelcorrespondingtolaboratoryspecimen.Basedonsimulatedtime-displacementrelationcurve
3、,throughthebinationofHilbert-Huangtransformandtheshapefactorintraditionalamplitudedomainanalysis,theparametervaluesandchangerateofeachlocationaregotbyaddinginstantaneousexcitationforce,andthedamagelocationanddamagedegreeareidentified. 關(guān)鍵詞:希爾伯特-黃變換;波形指數(shù);經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解 Key;ShapeFactor;EmpiricalModeDepositio
4、n 中圖分類號:U446文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A:1006-4311(2017)15-0134-02 0引言 橋梁是國家的生命線工程,是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施,橋梁結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)和生活中的地位和作用是舉足輕重的。通過在對橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測,可以在早期發(fā)現(xiàn)橋梁的安全隱患,采取修護(hù)措施,有效避免造成的更大經(jīng)濟(jì)損失。對橋梁進(jìn)行健康監(jiān)測利國利民,意義重大。本文結(jié)合橋梁檢測中的問題,對橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別進(jìn)行仿真模擬分析?! ?EMD原理及波形因數(shù) 如今希爾伯特-黃[1]變換(Hilbert-HuangTransform,簡稱HHT)已被廣泛應(yīng)用到工程各個(gè)領(lǐng)域[2]。HHT的關(guān)鍵――模態(tài)分解法(EMD)能
5、將信號的各種頻率成分有效的以本征模態(tài)函數(shù)(IntrinsicModeFunction,IMF)的形式從時(shí)間曲線中分離出來。IMF屬窄帶信號,可滿足Hilbert變換[3]的要求。X(t)為振動(dòng)信號時(shí)間序列, 式(1)表明原始數(shù)據(jù)序列X(t)可表示為IMF分量和一個(gè)殘余項(xiàng)之和。有研究表明[4]越早分解出來的IMF頻率越高。EMD分解出的每個(gè)IMF序列都是穩(wěn)態(tài)的,可以通過?ζ渥?Hilbert變換進(jìn)一步分析處理。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生小損傷時(shí),其物理參數(shù)的改變很小[5],采用其物理參數(shù)識別損傷不敏感,而波形指數(shù)可很好地滿足這方面要求?! ?建模及處理 模擬簡支梁鋼橋尺寸為576×48×5mm,鋼材選擇Q23
6、5。依照試驗(yàn)通道位置分別取關(guān)鍵點(diǎn)1、2、3、4,距離左端點(diǎn)依次為75mm、235mm、360mm、504mm;F為加載位置,選在跨中,激振力為30Hz正弦定頻激力;裂縫位置點(diǎn)F結(jié)果的波形因數(shù)比較?! ∮煞纸獾臄?shù)據(jù)可以找到損傷位置――F3與IMF2的變化率進(jìn)行比較,有明顯的增大趨勢,IMF3中F2的4.1090倍,證明更加的敏感。同樣方法將梁的裂縫深度加深為3mm,然后模擬、處理、分析數(shù)據(jù)?! ∮杀?可知,波形因數(shù)變化率最大處仍在F中D和可以結(jié)合實(shí)現(xiàn)簡支梁橋損傷位置的識別,經(jīng)EMD分解后的數(shù)據(jù)能夠提供更多的損傷信息,而且比未分解的數(shù)據(jù)效果更明顯。隨著裂縫深度的加大,數(shù)據(jù)顯示波形因數(shù)不但可以識別損
7、傷位置而且可以識別損傷程度。但仍然處在不足,如何對實(shí)體鋼橋結(jié)構(gòu)損傷識別以及HHT理論依據(jù)等問題,有待繼續(xù)研究。