基于曲率模態差的混凝土板損傷識別研究

張妍 魯俊江 王玉晴 袁野 郎冠宇

摘要：本文圍繞混凝土板的損傷識別進行闡述。采用ABAQUS有限元軟件建立混凝土板有限元模型。經過后處理得到各工況下的固有頻率及模態振型，再對這些得到的數據進行分析，實現對混凝土板損傷的識別的目的。

關鍵詞：混凝土板;曲率模態差;有限元;損傷識別

引言

Pandey 等首先提出用損傷前后振型曲率變化的絕對值來判斷損傷位置，即曲率變化最大處為損傷位置[1]。之后有學者進一步證明了曲率模態對板式結構的損傷定位有一定的效果。

1 混凝土板的數值算例

1.1 健康混凝土板模型建立

本章采用ABAQUS有限元軟件的shell單元建立了尺寸為6m*3m*0.1m的混凝土板模型，并將混凝土板以0.05m的間距進行劃分進行了數值仿真驗算。其中混凝土板的彈性模量為30GPa，密度為2400Kg/m3，泊松比為0.2。

1.2 損傷工況設置

基于健康的混凝土板，本節將設置如下損傷工況，見表1.1及圖1.1所示（圖中黑色區域表示損傷），因為損傷不會改變混凝土板的質量分布，所以建模過程中的損傷以彈性模量E的降低來模擬。所以將損傷因子a定義為

2 基于曲率模態差的損傷識別

以下將以有限元模擬所獲得的損傷工況對應的位移數據為原始數據，通過Matlab軟件對數據進行處理，獲取相應的曲率模態值和曲率模態差值并繪制相應的圖像，以此來驗證曲率模態差能否對混凝土板進行損傷識別，以下為損傷工況下的第一階曲率模態圖以及相對應的曲率模態差圖。

3 結論

從模擬的結果分析來看，對于不同損傷程度的混凝土板，結構的曲率差峰值明顯，隨著損傷程度的增加，曲率模態差的值也大大增加。這表明通過結構的曲率模態差能夠在一定程度上確定損傷的位置。

參考文獻：

[1]Pandey A K，Biswas M，Samman M M . Damage detection from changes in curvature mode shapes[J]. Journal of Sound Vibration，1991，145（2）：321-332.

[2]萬璞佳，白國良. 基于曲率模態差指標的框架結構損傷識別[J]. 水利與建筑工程學報，2012，10（3）：8-10.

[3]高屹，韋灼彬. 基于ANSYS的新型鋼──混凝土組合板模態分析[C]// 中國鋼結構協會鋼-混凝土組合結構分會第十一次學術會議暨鋼-混凝土組合結構的新進展交流會. 0.