[01778776]张拉结构损伤识别的数值及试验研究

课题的资料搜集、理论研究、程序编制、计算与分析、试验研究、数据整理等已经完成,已达到课题的预期目标。主要成果如下： （1）对希尔伯特—黄变换（HHT）的基本理论进行了详细综述,并分析了信号的固有模态函数,瞬时频率等特点。总结了EMD分解的原理及筛分过程,同时对HHT时频谱和HHT边际谱进行描述,并且通过对几个经典数值信号的仿真试验验证了HHT方法处理信号的效果。 （2）总结了非线性有限元的基本理论,应用索单元的应力-应变几何非线性关系给出单元刚度矩阵。然后采用初始位移、小弹性模量法等方法对索网结构进行了找形分析,并利用ANSYS软件实现了两个索网结构的找形。 （3）索网结构采用弹性模量减少程度模拟损伤程度,数值模拟采用对称结构,结构未发生损伤时,各节点位移呈对称分布状态,而损伤发生后,损伤位置处节点的位移要远远大于与其对称位置处相应节点位移,且随着损伤程度的加大,位移越来越大,当弹性模量减少60%时,位移是未变形时的10倍。 （4）损伤单元的索力要远远小于其它无损单元,且随着损伤程度的加深,结构的最大轴力逐渐变大,从而可以由测得的索力减小程度来反应索的损伤程度。同样索的损伤使临近索的索力增大,这种影响会随着距离的逐渐增大而变小。 （5）根据实际工程损伤特点,项目研究中采用也中间索应力松弛、边索应力松弛的结构损伤工况,计算分析表明尽管损伤后频率和振型有所变化,但变化率很小,不宜检测,但静态位移变化量较大,因而适合作为张拉结构损伤的检测指标。 （6）HHT边际谱对结构的损伤较为敏感,且随着损伤程度和损伤位置的变化而变化。损伤程度越大,边际谱幅值也随之变大。 基于HHT边际谱的异常指数 可以很好的识别损伤损伤程度信息,并能识别损伤位置的大致区域。 （7）设计并实施了大比例索网结构试验,从模型制作、加载方法、找形完成,以及损伤模拟,均较好完成了试验目的,得到如下结论： （a）对索网结构的缩尺模型进行试验分析,按一定的加载顺序对结构进行找形。 （b）在研究结构的非线性性能过程中,对结构进行加卸载分析,发现当卸去荷载使荷载恢复到原来的水平,结构并不能完全恢复到原来的形状和位置,也就不能恢复原来的刚度,表现出很强的非线性特征。 （c）分析两种索松弛工况,发现松弛后,置于该索上的加速度响应的幅值变小了,其他通道的信号则无大变化。将加速度响应信号数值积分为位移响应后,发现损伤发生后,位移响应幅值变大。通过HHT变换得出边际谱,可以发现损伤后响应的边际谱大于未损伤时的边际谱。与数值模拟得出的规律相符。 本文方法可应用于实际工程损伤识别分析,尤其适用于索网结构得损伤识别,其他张拉结构得动态特性相似,因而可推广应用。因此,本方法对于研究张拉结构损伤后静动态特点,以及损伤位置、损伤程度的识别,具有重要的学术意义和良好的实用价值。