結(jié)構(gòu)模態(tài)分析及其損傷診斷

內(nèi)容概要

本書重點是基于應(yīng)變模態(tài)分析的結(jié)構(gòu)損傷診斷技術(shù)。全書共七章，分三大部分：第一部分為模態(tài)分析理論，包括第一章、第二章和第五章，介紹了模態(tài)分析技術(shù)及其應(yīng)用，分別淪述了單自由度、多自由度系統(tǒng)位移模態(tài)分析原理，并闡述了應(yīng)變模態(tài)分析理論及環(huán)境激勵下的位移模態(tài)識別技術(shù)；第二部分為模態(tài)參數(shù)識別方法，包括第三章和第四章，分別介紹了頻域、時域識別方法；第三部分為結(jié)構(gòu)損傷診斷技術(shù)，包括第六章和第七章，分別淪述了位移類損傷指標(biāo)法、應(yīng)變類損傷指標(biāo)法，提出并闡述了基于損傷應(yīng)變模態(tài)差分原理的損傷位置直接指標(biāo)法、基于局域應(yīng)變模態(tài)面積的損傷程度直接指標(biāo)法。    本書可供從事土木工程科學(xué)研究、設(shè)計、安全鑒定、管理技術(shù)人員參考，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)師生的參考用書。

書籍目錄

第一章 緒論  第一節(jié) 模態(tài)分析技術(shù)及其應(yīng)用　　一、模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)性能評價中的直接應(yīng)用　　二、模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計中的應(yīng)用　　三、模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)損傷診斷和狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用　　四、模態(tài)分析在聲音控制中的應(yīng)用　第二節(jié) 國內(nèi)外發(fā)展概況第二章 模態(tài)分析理論　第一節(jié) 單自由度系統(tǒng)振動　　一、粘性阻尼系統(tǒng)　　二、結(jié)構(gòu)阻尼系統(tǒng)　第二節(jié) 單自由度系統(tǒng)頻響函數(shù)曲線特征　　一、粘性阻尼系統(tǒng)　　二、結(jié)構(gòu)阻尼系統(tǒng)　第三節(jié) 多自由度系統(tǒng)實模態(tài)分析　　一、無阻尼系統(tǒng)　　二、粘性比例阻尼系統(tǒng)　　三、結(jié)構(gòu)比例阻尼系統(tǒng)　第四節(jié) 多自由度系統(tǒng)復(fù)模態(tài)分析　　一、一般粘性阻尼系統(tǒng)　　二、一般結(jié)構(gòu)阻尼系統(tǒng)　第五節(jié) 拉普拉斯變換　　一、單自由度系統(tǒng)　　二、多自由度系統(tǒng)第三章 模態(tài)參數(shù)頻域識別法　第一節(jié) 單模態(tài)識別法　　一、實模態(tài)系統(tǒng)　　二、復(fù)模態(tài)系統(tǒng)　第二節(jié) 多模態(tài)識別法原則及最小二乘法　　一、最小二乘估計　　二、加權(quán)最小二乘法估計　　三、最小二乘估計數(shù)學(xué)特性與統(tǒng)計特性　第二節(jié) 非線性加權(quán)最小二乘法　　一、理論模型　　二、模態(tài)參數(shù)識別　第四節(jié) 正交多項式擬合法第四章 模態(tài)參數(shù)時域識別法　第一節(jié) 隨機減量法　　一、單自由度系統(tǒng)　　二、多自由度系統(tǒng)　第二節(jié) ITD識別法　　一、數(shù)學(xué)模型　　二、參數(shù)識別　　三、估算模態(tài)參數(shù)　　四、增加采樣點以提高識別精度　　五、考慮噪聲模態(tài)的ITD法　第三節(jié) 最小二乘復(fù)指數(shù)法(LSCE法)　　一、數(shù)學(xué)模型　　二、白回歸(AR)模型　　三、佔算模態(tài)參數(shù)　　四、改善識別精度的方法　　五、模型定階問題　第四節(jié) ARMA吋序分析法　　一、ARMA模型　　二、強迫振動方程與ARMA模型的等價關(guān)系　　三、傳遞函數(shù)與ARMA模型的等價關(guān)系　　四、估算模態(tài)參數(shù)　第五節(jié) 特征系統(tǒng)實現(xiàn)法(ERA法)第五章 應(yīng)變模態(tài)及環(huán)境激勵模態(tài)分析　第一節(jié) 應(yīng)變模態(tài)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀　第二節(jié) 應(yīng)變模態(tài)正交性　第三節(jié) 應(yīng)變頻響函數(shù)　第四節(jié) 環(huán)境激勵信號分析　　一、脈動風(fēng)的基本特性　　二、風(fēng)對大跨度結(jié)構(gòu)的作用　　三、環(huán)境激勵下大跨度結(jié)構(gòu)振動特點　第五節(jié) 基于環(huán)境激勵的位移模態(tài)識別技術(shù)　　一、頻率識別　　二、工作模態(tài)幅值識別　　三、工作模態(tài)相位識別　　四、模態(tài)阻尼識別　第六節(jié) 試驗驗證第六章 結(jié)構(gòu)損傷診斷　第一節(jié) 位移類損傷指標(biāo)法　　一、坐標(biāo)模態(tài)確認(rèn)準(zhǔn)則　　二、模態(tài)曲率指標(biāo)　　三、模態(tài)柔度指標(biāo)　　四、模態(tài)應(yīng)變能指標(biāo)　第二節(jié) 應(yīng)變類損傷指標(biāo)法　　一、絕對變化量指標(biāo)　　二、相對變化量與應(yīng)變模態(tài)差的變化率指標(biāo)　　三、坐標(biāo)應(yīng)變模態(tài)確認(rèn)準(zhǔn)則及其改進(jìn)方法　　四、彎矩指標(biāo)　　五、廣義應(yīng)變比能指標(biāo)　第三節(jié) 模態(tài)測試系統(tǒng)　　一、試驗結(jié)構(gòu)的支撐方式　　二、激勵方式　　三、激勵裝置　　四、測量分析系統(tǒng)　　五、損傷診斷現(xiàn)場模態(tài)試驗步驟　　六、簡支梁損傷位移模態(tài)與應(yīng)變模態(tài)數(shù)值仿真分析　　七、試驗驗證第七章 結(jié)構(gòu)損傷直接指標(biāo)法　第一節(jié) 基于應(yīng)變模態(tài)差分原理的損傷位置直接指標(biāo)法　　一、基于損傷應(yīng)變模態(tài)的差分?jǐn)?shù)學(xué)模型　　二、差分曲線零值點確定方法　　三、損傷位置直接指標(biāo)法　　四、混凝土梁早期損傷定位數(shù)值仿真計算分析　第二節(jié) 基于局域應(yīng)變模態(tài)面積的損傷程度直接指標(biāo)法　　一、完好應(yīng)變模態(tài)曲線擬合　　二、局域應(yīng)變模態(tài)面積損傷程度數(shù)學(xué)模型參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一章　緒　論第一節(jié)　模態(tài)分析技術(shù)及其應(yīng)用　　隨著振動理論及其相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，人們早已改變了僅僅依靠靜強度理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的觀念。許多結(jié)構(gòu)是在外部激勵或自身動力作用下處于運動狀態(tài)，這種運動或其主要成分往往是振動。如旋轉(zhuǎn)機械的振動，空間飛行器的顫振，車輛、船舶等交通運輸工具的振動，機床的振動，武器在發(fā)射狀態(tài)下的振動等等。這些機械的設(shè)計、評估自然必須考慮動態(tài)特性。有些看起來是靜態(tài)的問題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時也必須考慮動態(tài)因素的影響。如海工結(jié)構(gòu)設(shè)計，除考慮靜態(tài)因素外，風(fēng)載、浪載、地震荷載及自身動力都是必須涉及的因素；高層建筑也必須進(jìn)行風(fēng)載、地震荷載的影響預(yù)估；橋梁，特別是大跨度橋梁，除風(fēng)載和地震荷載外，還必須考慮橋上車輛荷載的影響，過去和現(xiàn)在都發(fā)生過由于共振引起的橋梁毀塌事故；載有旋轉(zhuǎn)機械的廠房，如電廠，特別是核電站的防護(hù)層和廠房，動態(tài)荷載往往是設(shè)計的主要考慮因素之一。還有一些結(jié)構(gòu)，靜強度或動強度并不是設(shè)計的主要標(biāo)準(zhǔn)，但要求有良好的振動特性。如空調(diào)、洗衣機、微波爐等電器產(chǎn)品的設(shè)計不當(dāng)會引發(fā)很大的噪聲；音箱、樂器等要求有良好的發(fā)聲效果。事實表明，振動特性分析在結(jié)構(gòu)設(shè)計和評價中具有極其重要的位置。特別是隨著現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步，許多產(chǎn)品朝著更大、更快、更輕和更安全可靠的方向發(fā)展，對動態(tài)特性的要求隨之越來越高，振動分析因此愈顯重要?！　∧B(tài)分析是振動工程理論的一個重要分支，是研究結(jié)構(gòu)動力特性的一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用。模態(tài)是結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態(tài)分析。模態(tài)分析為各種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能評估提供了一個強有力的工具，其可靠的試驗結(jié)果往往作為產(chǎn)品性能評估的有效標(biāo)準(zhǔn)，而圍繞其結(jié)果開展的各種動態(tài)設(shè)計方法更使模態(tài)分析成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要基礎(chǔ)。特別是計算機技術(shù)和各種計算方法（如FEM）的發(fā)展，為模態(tài)分析的應(yīng)用創(chuàng)造了更為廣闊的環(huán)境。模態(tài)分析技術(shù)已經(jīng)在航空、航天、造船、機械、建筑、交通運輸、海洋平臺和兵器等幾乎所有的工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。它最早應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域。在技術(shù)先進(jìn)的國家，試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)早已進(jìn)人工廠化應(yīng)用階段。

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