应变模态和位移模态是结构振动特性的不同表现形式,本质上两者是一样的,具有相同的模态频率和阻尼。在结构的健康监测和故障诊断方面,应变模态对于损伤的敏感性更强一些,采用应变模态评价结构的动态性能更为恰当。然而,在结构的应变模态识别过程中,现有试验设备的激励很难对大型海洋平台、高耸建筑、大跨度桥梁等复杂的大型结构产生有效的响应,所以传统的试验方式识别模态参数局限性较大。为了解决这个问题,本文首先阐述了基于位移模态的应变模态分析理论,分析了等截面梁的应变模态振型与位移模态振型之间的关系,实现了从位移模态参数中识别出应变模态参数;接着开展了基于随机子空间方法的应变模态识别理论的研究,随机子空间方法在无需测取输入激励的情况下,依然可以有效的识别模态参数,解决了传统试验方法的局限性问题。为了进一步说明基于位移模态的方法与基于随机子空间方法识别应变模态的有效性,本文对两端固支梁分别进行有限元仿真和实验研究,并将这两种方法识别的结果进行对比。基于应变模态参数的识别,本文提出了应变模态对梁单元的模态应变能损伤识别方法的改进方法,建立了基于应变模态的损伤定位指标和损伤定量识别方程组,实现了基于应变模态的损伤定位分析和损伤定量分析,并进行了有限元仿真研究。在随机子空间方法的应变模态识别理论基础之上,本文还开展了模态识别软件设计的工作。有限元仿真和实验研究的结果表明:协方差驱动随机子空间方法和数据驱动随机子空间方法均可有效的识别应变模态参数;基于位移模态的应变模态分析可以有效地将从位移模态振型识别出应变模态振型,且模态识别结果的精度与随机子空间方法相当;基于应变模态的模态应变能损伤识别方法可以有效的识别损伤位置和损伤程度,且与传统的基于位移模态和振型扩充的损伤识别方法相比,改进的方法计算更为简单,抗噪性能和对损伤敏感性更强,具有良好的工程应用前景;基于随机子空间方法的模态识别软件能够满足设计要求,具有实际可行性。