结构损伤诊断与评估试题
1、结构损伤识别的问题主要有几个层次？每个层次有哪些研究内容和难点？
答:据损伤对结构的作用，可将其分为线性损伤和非线性损伤。如果线弹性结构在遭受损伤后仍保持线弹性，则将这种损伤定义为线性损伤。结构几何或材料特性的改变会导致模态改变，但结构的响应仍然可以应用线性运动方程模拟。初始线弹性结构在损伤发生后表现出非线性行为，这类损伤称为非线性损伤。比如结构中疲劳裂纹的形成以及在正常运营振动环境下的张开和闭合。损伤识别可分为4个递进层次：
1）确定结构中是否存在损伤(Detection)。
2）在第一层次的基础上确定损伤的几何位置(Localisation)。 3）在第二层次的基础上对损伤的严重程度进行量化(Assessment)。 4）在第三层次的基础上预测结构的剩余使用寿命(Prediction)。 迄今为止，对于不使用结构模型的基于振动的损伤识别方法，主要能进行第①层次和第② 层次的损伤识别。当振动的方法与结构模型结合，在某些情况下可以达到第③层次的损伤识别。而第④层次的损伤识别与预测通常要与断裂力学，疲劳寿命分析，结构设计评估的领域相结合才可能实现。现有研究主要集中在线性损伤的识别和检测问题。这种线性方法可进一步分为基于模型的识别方法和不基于模型的识别方法（略）。
（1） 基于模型的损伤识别方法
1.1模式匹配法(Pattern Matching)。
其主要思想是首先获取结构所有可能损伤情况下的响应变化特征向量,然后将实际测得的响应变化特征向量依次与它们进行比较,与测量值最匹配的哪个损伤模式被认为是结构实际的损伤。这种方法要求事先列举结构可能发生的损伤基准模型,因此在实际工程应用中难以实现。
1.2指纹识别方法（即损伤指标方法） 1.2.1基于固有频率变化的损伤识别方法
固有频率是模态参数中较容易获得的一个参数，结构发生损伤时，刚度和阻尼发生变化，尽而其固有频率发生改变。因此通过固有频率的变化可以判断结构是否存在损伤，当结构早期损伤量很小时，固有频率的变化主要表现在高阶频率上，而高阶频率的变化很难获得，因此这种方法对结构早期的小损伤不敏感。 1.2.2 基于振型变化的损伤识别方
振型的变化相比于频率变化来说对损伤更为敏感，该方法常用的损伤识别有模态保证准则(modal assurance crite—rion，MAC)和坐标模态保证准则(coordinate modalassurance criterion，COMAC)、位移模态、曲率模态、应变模态等．振型(尤其是高阶振型)对局部损伤比较敏感，但却难以精确测量，从而使得MAC和COMAC的识别误差较大．曲率模态方法的识别率优于其他几种方法，但求解曲率模态需要很高的测量精度，同时需要非常密集的测点，以便使用中心差分法求取曲率模态，否则将增大曲率
模态振型的误差．
1.2.3 基于刚度变化的损伤识别方法
结构发生较大的损伤时，其刚度矩阵比质量矩阵要发生显著的变化，因此很多学者利用此特征进行研究，但是这种方法对微小损伤的结构无法识别。
1.2.4 基于柔度变化的损伤识别方法
结构发生损伤，其柔度会增加，因此，可用结构柔度矩阵的变化作为损伤检测的依据。主要包括柔度差法和柔度曲率法．在相同的试验模态参数条件下，基于柔度变化的损伤识别方法比刚度变化的方法对损伤更为敏感，并且柔度矩阵中高阶模态参数的影响可以忽略，只需一些低阶模态就可得到较为准确的柔度矩阵．但是通过柔度矩阵的变化也只能确定结构损伤的大致位置，不能得到损伤的准确位置及损伤程度．有的学者考虑采用柔度法与模糊算法或神经网络算法相结合，取得了较好的结果． 1.2.5 基于振型曲率变化的损伤识别方法。
对于梁板式结构，主要是承担横向外力和由外力引起的弯矩，结构在弯矩作用下的曲率会由于结构损伤发生改变，因此，曲率的改变可作为损伤检测的信息。Pandey等首先提出用损伤前后振型曲率变化的绝对值来判断损伤位置，即曲率变化最大处为损伤位置。同时，振型曲率变化大小还和损伤程度有关，损伤越大， 曲率变化越大， 由此可鉴别损伤程度。Ratcliffe研究了结构在小损伤情况下直接利用振型曲率难以判别结构损伤的情况，提出对判
重庆交通大学研究生考试结构损伤诊断与评估试题答案
