水工闸门在水工机械设备中占据重要地位,其服役过程中出现的损伤直接影响到水电设施的运行安全和人民群众的生命财产安全。因此,对闸门进行损伤识别,具有极大的现实意义。本文以水工弧形闸门为研究对象,针对闸门失效中常见的支臂损伤问题,开展基于应变模态参数的水工弧形闸门支臂损伤识别研究,并通过仿真分析和工程试验,验证应变模态用于水工弧形闸门支臂损伤识别的可行性。主要研究工作为:1.通过有限元软件建立弧形闸门有限元仿真模型,在闸门支臂无损情况下对闸门进行应变模态分析,作为后续仿真损伤识别的基础。同时将闸门无损时得到的模态信息导入有效独立-驱动点残差法的程序中,根据计算结果对弧形闸门支臂监测点传感器进行优化布置,确保通过闸门监测点的传感器可以获得较为完整的模态信息,为后续仿真和试验做好准备。2.在仿真中模拟闸门支臂损伤,对闸门进行模态分析,将得到的固有频率、位移模态、应变模态、应变模态差用于损伤识别。结果表明:在结构发生损伤时,固有频率随着损伤程度的加深逐渐减小,可以判断损伤是否发生,但不易进行损伤定位;位移模态同样不易识别闸门支臂损伤位置;应变模态和应变模态差可以较好地识别损伤位置,应变模态差能更清晰反应出损伤情况,且前三阶应变模态差对损伤点的敏感程度各不相同。第一阶应变模态差可以识别出闸门翼板和腹板上的损伤,第二阶应变模态差仅对翼板上的损伤敏感,第三阶应变模态差仅对腹板上的损伤敏感。闸门支臂的总体损伤情况可结合前三阶综合判断。3.在水工实验平台中,用附加质量的方法预制闸门支臂单点损伤和两点损伤,使用应变片测量结构应变,采用增强频域分解法识别闸门应变模态参数,并将闸门仿真与实验得到的固有频率进行对比,验证仿真建模的可行性。同时,采用试验获取的应变模态差对弧形闸门支臂进行损伤识别。试验结果表明:第一阶应变模态差可较为完整地识别闸门支臂翼板和腹板上的损伤,第二阶和第三阶分别可以识别出支臂翼板和腹板的损伤。可综合前三阶可以对闸门支臂的损伤情况进行判断。仿真和试验结果的一致性,验证了应变模态差用于闸门支臂损伤识别的可行性和有效性,为水工弧型闸门的损伤预测及其监测数字孪生系统的建立奠定了基础。