移動荷載下橋梁的損傷識別ppt課件

1、LOGO挪動荷載下橋梁的損傷識別挪動荷載下橋梁的損傷識別選題背景：隨著城市的開展以及人口的增長,建筑物越來越密集,道路難于拓寬,從而導致交通日漸擁堵，由于構造的設計服役期較長,環(huán)境要素的影響大,加之如今車速不斷的提高,車輛荷載對橋梁構造的激振作用越來越明顯，在多種要素的影響下,橋梁構造出現(xiàn)了不同程度的損傷,隨著損傷的不斷積累,構培育會忽然失效,呵斥嚴重的經(jīng)濟損失以及人員傷亡,為了生命財富的平安,對橋梁構造進展損傷識別顯得尤為重要。選題的背景及意義選題的背景及意義選題意義：由于橋梁所處的地理位置普通非常重要且無法繞行,所以在不影響正常交通的情況下,利用在正常行駛車輛作用下橋梁的呼應對橋梁構造進展

2、損傷識別,具有非常重要的實踐意義。此畢業(yè)論文選擇挪動荷載下橋梁的損傷識別，一是對此方向較為感興趣；二是為今后從事橋梁損傷識別的研討奠定良好的根底。論文構造和主要內(nèi)容論文構造和主要內(nèi)容u第一部分第一部分 u 橋梁識別的研橋梁識別的研討現(xiàn)狀討現(xiàn)狀u第二部分第二部分u 希爾伯特希爾伯特- -黃黃變換變換HHTHHT的根的根本實際本實際u第三部分第三部分u 挪動荷載下橋挪動荷載下橋梁的損傷識別梁的損傷識別u 第四部分第四部分 畢業(yè)論文總結畢業(yè)論文總結第一部分第一部分 橋梁損傷識別方法橋梁損傷識別方法u 目前構造的損傷識別常用的方法有：目前構造的損傷識別常用的方法有： u 靜態(tài)識別法：基于靜態(tài)測試數(shù)據(jù)靜

3、態(tài)識別法：基于靜態(tài)測試數(shù)據(jù), ,施加的主要是靜力荷載施加的主要是靜力荷載 主主 u u 動態(tài)識別法：基于振型、振型曲率、構造固有頻率動態(tài)識別法：基于振型、振型曲率、構造固有頻率u變變 構造柔度、頻響函數(shù)等動力特性變化的構造柔度、頻響函數(shù)等動力特性變化的 的的 的識別方法的識別方法u 智能識別法：神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、小波變換屬于智能智能識別法：神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、小波變換屬于智能 智智 智能識別法智能識別法第二部分第二部分 希爾伯特希爾伯特-黃變換黃變換HHT的根本實際的根本實際u希爾伯特希爾伯特黃變換黃變換HHTHHT由臺灣中央研討院院士黃鍔由臺灣中央研討院院士黃鍔Norden E. Huan

4、gNorden E. Huang等人提出，將欲分析信號分解為固有等人提出，將欲分析信號分解為固有模態(tài)函數(shù)模態(tài)函數(shù)IMFIMF，這樣的分解流程稱為閱歷模態(tài)分解，這樣的分解流程稱為閱歷模態(tài)分解(EMD)(EMD)的方法。然后將的方法。然后將IMFIMF作希爾伯特轉換作希爾伯特轉換, ,正確地獲得資正確地獲得資料的瞬時頻率。料的瞬時頻率。u主要步驟如下：首先用閱歷模態(tài)分解方法主要步驟如下：首先用閱歷模態(tài)分解方法(EMD)(EMD)把數(shù)據(jù)分把數(shù)據(jù)分解為解為n n階固有模態(tài)函數(shù)階固有模態(tài)函數(shù)(IMF)(IMF)和剩余變量和剩余變量, ,然后再將每一階然后再將每一階IMFIMF做做HilbertHilbe

5、rt變換獲得信號的時頻譜變換獲得信號的時頻譜-Hilbert-Hilbert譜。譜。假設這樣一個信號：假設這樣一個信號：)20sin(5)10sin(3)(ttty u 對于信號對于信號 , ,經(jīng)過經(jīng)過EMDEMD分解后結果為分解后結果為: :u 對上式中的每個固有模態(tài)函對上式中的每個固有模態(tài)函 做做HilbertHilbert變換得到變換得到: :u 構造解析信號構造解析信號: :u 解析信號的幅值函數(shù)解析信號的幅值函數(shù): :u 相位函數(shù)：相位函數(shù)：)()()(1trtctXnnjjdtctcHtcjjj)(1)()()()()()()(tijjjjjetatcjHtctz)()()(22t

6、cHtctajjj)(/)(arctan()(tctcHtjjju 再對相位函數(shù)求導既得瞬時角頻率和瞬時頻率再對相位函數(shù)求導既得瞬時角頻率和瞬時頻率: :u 這樣就可以把信號表示成以下方式這樣就可以把信號表示成以下方式: :u 察看上式，是以時間察看上式，是以時間t t 和瞬時頻率和瞬時頻率w(t)w(t)為自變量為自變量, ,信號的幅值可以表示為信號的幅值可以表示為H(w,t)H(w,t)函數(shù)函數(shù) , ,這種幅值的時間這種幅值的時間- -頻率分布被稱為頻率分布被稱為HilbertHilbert譜譜( (亦稱亦稱HHTHHT譜譜) )。dttdtjj)()(dttdtfjj)(21)()(1)

7、(Re)(tjniiietatX畫出畫出HilbertHilbert譜：譜：)20sin(5)10sin(3)(ttty小結：小結：1.從從FFT譜中可以察看出信號包含的頻率成分譜中可以察看出信號包含的頻率成分,卻無法從中看出任何信號發(fā)生卻無法從中看出任何信號發(fā)生突變的信息。突變的信息。2.從從HHT時頻譜圖中可看出頻譜圖有突變時頻譜圖中可看出頻譜圖有突變,且可很明顯地看出突變的時辰分別且可很明顯地看出突變的時辰分別是是t=0.65s處，處，Hilbert譜可以識別出損傷發(fā)生的時辰。譜可以識別出損傷發(fā)生的時辰。HilbertHilbert邊沿譜：邊沿譜：假設以為能量可以表示為振幅的平方假設以為

8、能量可以表示為振幅的平方, ,那么也可以得到那么也可以得到HilbertHilbert能量譜能量譜, ,進而得到能量邊沿譜：進而得到能量邊沿譜：dttHhT0),()(dttHET02),()(u總結：總結：u1.H(w,t)1.H(w,t)準確地描畫了信號的幅值在整個頻率段準確地描畫了信號的幅值在整個頻率段上隨時間和頻率的變化規(guī)律。上隨時間和頻率的變化規(guī)律。u2.2.邊沿譜邊沿譜h(w)h(w)反映了單位頻率內(nèi)的幅度分布反映了單位頻率內(nèi)的幅度分布, ,給出給出了每個頻率成分的奉獻了每個頻率成分的奉獻, ,而能量邊沿譜而能量邊沿譜E(w)E(w)那么表那么表現(xiàn)了能量隨時間變化的信息?，F(xiàn)了能量隨

9、時間變化的信息。第三部分第三部分 挪動荷載下橋梁的損傷識別挪動荷載下橋梁的損傷識別u橋梁的總長橋梁的總長L=10m,L=10m,梁的橫截面寬為梁的橫截面寬為2m2m，高為，高為1m,1m,車重為車重為10000N,10000N,梁的彈性模量為梁的彈性模量為18.918.9109pa,109pa,抗彎慣性矩抗彎慣性矩I=1/6m4,I=1/6m4,質質量量7800kg/m7800kg/m。u利用利用ANSYSANSYS建模，梁單元數(shù)為建模，梁單元數(shù)為200200單元，經(jīng)過降低梁單元，經(jīng)過降低梁1/41/4處的彈處的彈性模量表示橋梁發(fā)生損傷。性模量表示橋梁發(fā)生損傷。u 首先,將完好構造與三種損傷情

10、況下構造的前5階固有頻率進展比較,如表所示。u 可以發(fā)現(xiàn)構造的頻率并沒有顯著的變化,加之實踐測試環(huán)境干擾要素很多,如噪聲等,所以經(jīng)過比較固有頻率的方法在這很難進展損傷識別。u 然后再利用ANSYS有限元分析軟件對橋梁構造損傷前后的形狀進展數(shù)值模擬,并進展動力分析,察看比較構造呼應的變化。第三部分第三部分 橋梁的損傷識別橋梁的損傷識別提取橋梁構造損傷前后跨中節(jié)點處的位移呼應比較：提取橋梁構造損傷前后跨中節(jié)點處的位移呼應比較：損傷前：損傷前： u損傷損傷30%30%：損傷損傷50%50%：u損傷損傷70%70%：u小結：小結：u1.1.比較不同損傷程度下，中點處的位移變化，可以發(fā)比較不同損傷程度下

11、，中點處的位移變化，可以發(fā)現(xiàn)：橋梁的最大撓度總是出如今，荷載處在橋梁中點現(xiàn)：橋梁的最大撓度總是出如今，荷載處在橋梁中點附近的時辰附近的時辰, ,而不是車輛正在橋梁中點時辰。而不是車輛正在橋梁中點時辰。u2.2.中點的位移會隨著損傷程度的加大而加大。中點的位移會隨著損傷程度的加大而加大。提取橋梁構造損傷前后跨中節(jié)點處的加速度呼應比提取橋梁構造損傷前后跨中節(jié)點處的加速度呼應比較：較：損傷前：損傷前： 定額套價闡明定額套價闡明 損傷損傷30%：損傷損傷50%： 工料機分析工料機分析損傷損傷70%70%： 可以發(fā)現(xiàn)：可以發(fā)現(xiàn)：加速度信號有一定的差別加速度信號有一定的差別, ,并且呈現(xiàn)一定的規(guī)律性并且呈

12、現(xiàn)一定的規(guī)律性, ,加速度的幅值隨著損傷程加速度的幅值隨著損傷程度的加大而變大。度的加大而變大。然后經(jīng)過然后經(jīng)過HHTHHT方法對結跨中節(jié)點的信號呼應進展分析方法對結跨中節(jié)點的信號呼應進展分析完好構造：完好構造：損傷損傷30%30%u 損傷損傷50%:50%:損傷損傷70%70%：u小結：小結：u 隨著損傷程度的變大，邊沿譜和能量譜的幅值隨著損傷程度的變大，邊沿譜和能量譜的幅值隨之增大，因此我們可以經(jīng)過隨之增大，因此我們可以經(jīng)過HibertHibert邊沿譜和能邊沿譜和能量邊沿譜實現(xiàn)對損傷程度的識別。量邊沿譜實現(xiàn)對損傷程度的識別。u模態(tài)是構造動態(tài)中一個很重要的參數(shù)模態(tài)是構造動態(tài)中一個很重要的參

13、數(shù), ,能反響構造的特性能反響構造的特性，構造振動信號能量在各階模態(tài)上的分布在損傷前后有所，構造振動信號能量在各階模態(tài)上的分布在損傷前后有所改動改動, ,構造的不同位置對各階模態(tài)的奉獻量不同構造的不同位置對各階模態(tài)的奉獻量不同, ,此處損傷此處損傷所引起的信號能量重分布也就不同。所引起的信號能量重分布也就不同。u呼應能量在各階模態(tài)上的分布會隨著不同程度和位置的損呼應能量在各階模態(tài)上的分布會隨著不同程度和位置的損傷情況的發(fā)生而改動傷情況的發(fā)生而改動, ,基于這一思想基于這一思想, ,可以利用信號能量的可以利用信號能量的HilbertHilbert邊沿譜構造構造的損傷目的對其進展歸一化的處邊沿譜構

14、造構造的損傷目的對其進展歸一化的處置。置。 u 損傷程度損傷程度u呼應能量呼應能量u 損傷位置損傷位置第三部分第三部分 橋梁的損傷識別橋梁的損傷識別 反映了信號各頻率段成分所占的相對比重。反映了信號各頻率段成分所占的相對比重。 分別代表損傷前后的模態(tài)成分向量。分別代表損傷前后的模態(tài)成分向量。niiiEE, 1)()(ninidunidufD112221|1du、下面用構造的損傷目的對構造的損傷進展定位。小結：同一損傷工況,越接近損傷位置,損傷目的的數(shù)值越大,據(jù)此可以判別出損傷的區(qū)域,然后經(jīng)過部分損傷檢測的方法進展損傷位置進展精準定位。 第四部分第四部分 畢業(yè)論文總結畢業(yè)論文總結u 論文總結：論

15、文總結：u 1構造出現(xiàn)損傷后構造出現(xiàn)損傷后,HHT邊沿譜的幅值及能量邊沿譜的幅值會隨著損邊沿譜的幅值及能量邊沿譜的幅值會隨著損傷程度的加大而變大，進而可以對橋梁構造的損傷程度進展識別。傷程度的加大而變大，進而可以對橋梁構造的損傷程度進展識別。u 2利用利用Hibert邊沿譜構造了一個損傷目的。對于同一測點邊沿譜構造了一個損傷目的。對于同一測點,損傷目的損傷目的的值隨著損傷程度的加大而變大的值隨著損傷程度的加大而變大;對于同一損傷工況對于同一損傷工況,不同測點隨著與損傷不同測點隨著與損傷位置的遠近而有規(guī)律的變化位置的遠近而有規(guī)律的變化,離損傷位置越近離損傷位置越近,損傷目的的值越大損傷目的的值越

16、大,反之反之,越越小小,據(jù)此實現(xiàn)了損傷程度及損傷位置的識別。據(jù)此實現(xiàn)了損傷程度及損傷位置的識別。u 缺乏之處：缺乏之處：u 1需求對車輛荷載的模型進展更加接近實踐的模擬。需求對車輛荷載的模型進展更加接近實踐的模擬。u 2基于基于Hibert邊沿譜的損傷目的可以對構造損傷程度和損傷位置進邊沿譜的損傷目的可以對構造損傷程度和損傷位置進展斷定展斷定,但是不能實現(xiàn)損傷程度的定量且損傷位置的識別只是對區(qū)域的識但是不能實現(xiàn)損傷程度的定量且損傷位置的識別只是對區(qū)域的識別別,不能到達精準定位不能到達精準定位,因此需求進一步的改良。因此需求進一步的改良。！致謝致謝 致謝致謝EMDEMD分解詳細步驟：分解詳細步驟：原始數(shù)據(jù)序列為原始數(shù)據(jù)序列為 X Xt t, ,用三次樣條曲線分別擬合的一切極大用三次樣條曲線分別擬合的一切極大值點和極小值點為原數(shù)據(jù)序列的上、下包絡線，上、下包值點和極小值點為原數(shù)據(jù)序列的上、下包絡線，上、下包絡線的均值為平均包絡線絡線的均值為平均包絡線 m0, m0,將原序列減去將原序列減去m0 m0 便可得到一便可得到一個去掉低頻的新序列個去掉低頻的新序列h0 h0 。普通普通 h0 h0不一定是一