黃勇

(中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080)

直管損傷識(shí)別若干問(wèn)題的研究

黃勇

(中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080)

鑒于在結(jié)構(gòu)健康診斷中模態(tài)參數(shù)對(duì)局部損傷不敏感，作者依據(jù)波動(dòng)概念探討了結(jié)構(gòu)局部損傷的定位和損傷程度的識(shí)別方法。本文針對(duì)勻直鋼管中損傷的識(shí)別，采用理論分析、數(shù)值模擬和物理試驗(yàn)相結(jié)合的方法論述了這一研究方向的可行性。具體研究結(jié)果如下:

(1)通過(guò)數(shù)值模擬闡明了在管端橫截面上一點(diǎn)的敲擊作用下，細(xì)長(zhǎng)直管中的波動(dòng)用一維定型波波動(dòng)方程描述的條件。研究結(jié)果表明，在離開(kāi)敲擊端一定距離后，直管中激勵(lì)出的三維頻散波動(dòng)可以近似地用一維定型平面波描述。基于一維定型波模型提出了將直管中的全波場(chǎng)分解為單向波場(chǎng)的兩種方法:其一利用在直管的同一點(diǎn)上取得的兩個(gè)觀(guān)測(cè)記錄(位移、速度、加速度和應(yīng)力(應(yīng)變)四個(gè)物理量觀(guān)測(cè)記錄中任取其二)，導(dǎo)出在該觀(guān)測(cè)點(diǎn)鄰近區(qū)域內(nèi)提取單向波的公式;其二利用相鄰兩個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)的同一物理量記錄導(dǎo)出波場(chǎng)的分解公式。

(2)針對(duì)鋼管損傷常見(jiàn)的特點(diǎn)，建立了與一維定型波模型匹配的兩個(gè)簡(jiǎn)化的損傷力學(xué)模型:其一描述直管在有限長(zhǎng)度上剛度的改變，簡(jiǎn)稱(chēng)為連續(xù)損傷模型。其二描述直管的橫向裂縫，建立了估算裂縫自由面遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)、并與一維定型波模型匹配的簡(jiǎn)化裂縫模型?；谏鲜鰮p傷模型和單向波概念提出了直管損傷的一種簡(jiǎn)化識(shí)別方法:利用直管兩個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)的記錄判斷其間是否存在損傷以及損傷的程度。這一檢測(cè)方法的特點(diǎn)在于，它僅與觀(guān)測(cè)點(diǎn)之間的管段有關(guān)，而與結(jié)構(gòu)的其他部分無(wú)關(guān)。通過(guò)算例說(shuō)明了反演方法的可行性和靈敏度。

(3)進(jìn)行了完好直管、與連續(xù)損傷模型對(duì)應(yīng)的有套箍直管和具有橫向切口直管等的敲擊試驗(yàn)。試驗(yàn)研究結(jié)果包括:第一，驗(yàn)證了一維定型波模型的有效性，檢驗(yàn)了依據(jù)實(shí)測(cè)信號(hào)分離單向波的效果;第二，分析了直管端部、套箍、橫向切口等損傷部位反射波的特點(diǎn)，檢驗(yàn)了損傷部位定位的方法;第三，對(duì)損傷程度的識(shí)別作了初步嘗試，提出了進(jìn)一步工作方向。此外，利用HHT等信號(hào)處理方法進(jìn)行了去噪及損傷定位方面的探討。

(4)結(jié)合結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別，對(duì)時(shí)頻信號(hào)分析方法HHT的理論、方法和存在的問(wèn)題作了較系統(tǒng)的討論，并使用FFT的改進(jìn)算法使有效頻譜帶寬達(dá)到兩倍Nyquist頻率，改進(jìn)了HHT時(shí)頻分析的效果。

損傷識(shí)別;損傷模型;單向波動(dòng);波動(dòng)反問(wèn)題;HHT

TU352.1;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.01.013