直管損傷識別若干問題的研究

黃勇

(中國地震局工程力學研究所，哈爾濱 150080)

直管損傷識別若干問題的研究

黃勇

(中國地震局工程力學研究所，哈爾濱 150080)

鑒于在結構健康診斷中模態參數對局部損傷不敏感，作者依據波動概念探討了結構局部損傷的定位和損傷程度的識別方法。本文針對勻直鋼管中損傷的識別，采用理論分析、數值模擬和物理試驗相結合的方法論述了這一研究方向的可行性。具體研究結果如下:

(1)通過數值模擬闡明了在管端橫截面上一點的敲擊作用下，細長直管中的波動用一維定型波波動方程描述的條件。研究結果表明，在離開敲擊端一定距離后，直管中激勵出的三維頻散波動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分解為單向波場的兩種方法:其一利用在直管的同一點上取得的兩個觀測記錄(位移、速度、加速度和應力(應變)四個物理量觀測記錄中任取其二)，導出在該觀測點鄰近區域內提取單向波的公式;其二利用相鄰兩個觀測點的同一物理量記錄導出波場的分解公式。

(2)針對鋼管損傷常見的特點，建立了與一維定型波模型匹配的兩個簡化的損傷力學模型:其一描述直管在有限長度上剛度的改變，簡稱為連續損傷模型。其二描述直管的橫向裂縫，建立了估算裂縫自由面遠場效應、并與一維定型波模型匹配的簡化裂縫模型。基于上述損傷模型和單向波概念提出了直管損傷的一種簡化識別方法:利用直管兩個觀測點的記錄判斷其間是否存在損傷以及損傷的程度。這一檢測方法的特點在于，它僅與觀測點之間的管段有關，而與結構的其他部分無關。通過算例說明了反演方法的可行性和靈敏度。

(3)進行了完好直管、與連續損傷模型對應的有套箍直管和具有橫向切口直管等的敲擊試驗。試驗研究結果包括:第一，驗證了一維定型波模型的有效性，檢驗了依據實測信號分離單向波的效果;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，檢驗了損傷部位定位的方法;第三，對損傷程度的識別作了初步嘗試，提出了進一步工作方向。此外，利用HHT等信號處理方法進行了去噪及損傷定位方面的探討。

(4)結合結構損傷識別，對時頻信號分析方法HHT的理論、方法和存在的問題作了較系統的討論，并使用FFT的改進算法使有效頻譜帶寬達到兩倍Nyquist頻率，改進了HHT時頻分析的效果。

損傷識別;損傷模型;單向波動;波動反問題;HHT

TU352.1;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.01.013