基于有限元模型修正及結構破損識別方法研究

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1、⑧保密★2年申請同濟大學工學碩士學位論文有限元模型修正及結構破損識別方法研究培養(yǎng)單位：一級學科：二級學科：研究生：指導教師：土木工程學院土木工程結構工程黃征王人鵬副教授二Oo七年三月Adissertationsubmittedto保密-k2年TongjiUniversityinconformitywiththerequirementsforthedegreeofMasterofPhilosophyFEMupdatingandStructuredamageaeteCtIOnmetnOaReSearCn一■■■■■I■School／Department：Schoolof

2、CivilEngineeringDiscipline：CivilEngineeringMajor：StructuralEngineering一Candidate：HuangZhengSupervisor：Prof．Ren—PengWangMarch，2007學位論文版權使用授權書本人完全了解同濟大學關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，同意如下各項內(nèi)容：按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版本；學校有權保存學位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學校有權提供目錄檢索以及提供本學位論文全文或者部分的閱覽服務；學校有權按有關規(guī)定向國家

3、有關部門或者機構送交論文的復印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學校可以適當復制論文的部分或全部內(nèi)容用于學術活動。學位論文作者簽名：年月日同濟大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師指導下，進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本學位論文原創(chuàng)性聲明的法律責任由本人承擔。學位論文作者簽名：年月摘要．精細適宜的結構動力學數(shù)學模型對工程結構的動力響應預測、振動控制、結構狀

4、態(tài)評估和健康檢測都具有十分重要的意義。國際上自六十年代開始對有限元模型修正方法及結構破損診斷方法的研究以來，產(chǎn)生了大量的研究文獻，構成了數(shù)字樣機技術的核心理論之一。目前已在航天、航空及汽車等行業(yè)得到廣泛的應用。面向大型土木工程領域的相關研究，目前在國際上已經(jīng)成為力學研究的熱點之一，國內(nèi)有關的研究才剛剛起步。本文開展了對有限元模型修正方法及結構破損識別方法的研究。有限元模型修正方法可以粗分為兩個大類，第一類是修正結構的有限元模型，最具有代表性的應該是Berman／Baruch方法。第二類是直接修正結構的設計參數(shù)，即結構的幾何特性和物理特性參數(shù)，如彈性模量等參數(shù)。比較具

5、有代表性的是物理矩陣展開法，特征對展開法，攝動法等。本文比較詳細地闡述了有代表性的有限元模型修正方法，針對Berman算法，實現(xiàn)了一個簡單的數(shù)值算例，初步驗證了Berman算法所具有的精度高，執(zhí)行容易，修正后矩陣失去帶狀性等特點。結構的健康檢測及破損診斷是一門新興的交叉科學技術。目前結構破損診斷有多種方法，本文開展了一種基于應變變化測量的結構破損診斷方法研究。該方法認為在恒荷載作用下，破損后內(nèi)力重分布，引起應變變化，通過應變變化的識別，可以定位結構構件破損位置及破損程度。該方法有以下優(yōu)點：首先，結構的破損識別過程僅僅需要結構的靜態(tài)應變測量，與結構動態(tài)響應測量過程比較

6、，更加簡單、可靠，同時可以簡化了數(shù)據(jù)收集和存儲處理過程；其次，利用結構的自重進行響應激勵，減少了昂貴和復雜的加載過程。本文建立了一端固接、一端簡支的梁的解析破壞模型，將結構構件破損描述定量化、參數(shù)化。這樣，可以得到在各種破損情況下，梁上各個位置的應變情況，當假設破損參數(shù)接近實際破損情況時，實際測量應變與梁破壞模型預測的應變之間差值將最小。借助于優(yōu)化算法，可以得到最優(yōu)的破損參數(shù)，即最接近實際破損情況的破壞參數(shù)?；诒疚耐茖У慕馕銎茐哪Ｐ?，編制了有關計算程序，數(shù)值算例初步驗汪了該解析破損模型的有效性。本文研究梁的解析破損模型應用于框架等結構的可能性。在應用于框架等結構的

7、破損模型時，該方法只需定義兩個破損參數(shù)，即破損位置即單元號i和破損程度口。在不考慮地震和風荷載情況下，大型摘要土木結構的基本荷載之一是恒荷載，在許多情況下活荷載效應相對于恒荷載效應不明顯。因此，該方法在土木結構破損識別中有著潛在的應用可能性。關鍵詞：有限元模型修正方法結構破損識別方法結構破損模型梁的解析破損模型hascausedgreatattentionandimprovedrapidly．Nowthismethodisusedinaircraftandcivilengineeringwidely．Becauseofthedifferencebetweenth