基于有限元方法的薄壁梁局部损伤识别的研究

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工程结构的局部损伤问题经常是导致重大事故发生的原因,因此及时发现损伤位置、估计损伤程度具有极其重大的意义。本文在对结构梁局部损伤识别的研究中,采用了有限元方法对结构梁进行计算模态分析,并采用该方法对薄壁梁的局部损伤进行识别。   本文首先研究了在对梁的有限元计算中,不同单元类型的计算原理。在建立三维立体有限元模型时,考虑了有限元单元类型对计算结果的影响,选择最接近实际梁情况的SHELL63单元建立模型进行模态分析计算。在一定程度上,既有效地避免了模型误差引起的结构动力特性的改变,又能够实现对实际结构的较准确的局部损伤识别。   在完成建模基本方法研究的基础上,对结构梁进行不同程度损伤的模拟建模。采用有限元方法进行模态分析,计算得到模态参数,包括模态频率、振型、模态曲率。分析不同程度损伤结构梁的计算结果,可以得到频率变化、振型变化、曲率模态变化和模态曲率差。计算结果显示,结构梁的模态频率、振型、模态曲率和模态曲率差都与损伤程度有定量关系。其中,第一阶模态曲率差最为明显地反映出梁的损伤位置和损伤程度,为对结构梁损伤最为敏感的模态参量。   因此,模态曲率差方法可以作为识别结构梁损伤的有效分析方法之一。基于有限元方法的局部损伤识别可以为机械结构损伤评估及预测的实验模态分析提供数据上的支持。  
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