基于環(huán)境動力試驗的磚石古塔模態(tài)參數(shù)識別研究的開題報告

基于環(huán)境動力試驗的磚石古塔模態(tài)參數(shù)識別研究的開題報告一、研究背景及意義磚石結(jié)構(gòu)是我國傳統(tǒng)建筑的重要代表之一，而古塔則是其中的獨具魅力的代表性建筑。由于古塔多為木質(zhì)或磚石結(jié)構(gòu)，所以隨著時間的推移，外部環(huán)境的變化或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷，塔體的穩(wěn)定性及安全性將會面臨更多威脅。因此，對于古塔的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測顯得尤為重要。模態(tài)參數(shù)識別是目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中常用的一種手段，通過對于結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)進(jìn)行分析，可以得到結(jié)構(gòu)的固有振動頻率及其對應(yīng)的振型特征，進(jìn)而推斷出結(jié)構(gòu)的物理特性和狀態(tài)。古塔作為一種特殊的建筑形式，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易進(jìn)行非破壞性檢測，因此基于環(huán)境動力試驗的模態(tài)參數(shù)識別方法被廣泛應(yīng)用于古塔結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測領(lǐng)域。目前，國內(nèi)外關(guān)于基于環(huán)境動力試驗的古塔模態(tài)參數(shù)識別的研究仍處于起步階段，因此本研究擬針對磚石古塔進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識別的研究，力求將基于環(huán)境動力試驗技術(shù)與古塔健康監(jiān)測相結(jié)合，為古塔的結(jié)構(gòu)安全提供技術(shù)支持和評估。二、研究內(nèi)容和方法1.研究內(nèi)容本研究擬選取某磚石古塔作為研究對象，通過采集其環(huán)境振動信號，進(jìn)行頻譜分析，確定塔體的固有頻率；通過多點振動測量技術(shù)采集其振動響應(yīng)數(shù)據(jù)，借助有限單元模型，或基于理論公式和經(jīng)驗參數(shù)的方法，計算出固有模態(tài)和模態(tài)參數(shù)；同時，以塔體的現(xiàn)場照片、歷史資料等為參考，結(jié)合計算得出的模態(tài)參數(shù)及時分析和判斷古塔安全狀況，并提出相關(guān)建議和修復(fù)方案。2.研究方法（1）采集振動信號在進(jìn)行環(huán)境動力試驗時，需要布置多個振動傳感器，記錄古塔在不同方向、不同位置的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將用于后續(xù)的分析計算。同時還需要測量古塔的靜態(tài)位移，幫助計算出其動態(tài)特性。（2）模態(tài)參數(shù)識別借助有限單元模型，或基于理論公式和經(jīng)驗參數(shù)的方法，計算出固有模態(tài)和模態(tài)參數(shù)。對于有限單元模型方法，采用ANSYS等有限元分析軟件，根據(jù)實際古塔結(jié)構(gòu)建模，并計算其固有振動狀態(tài)及對應(yīng)的振型；對于基于理論公式和經(jīng)驗參數(shù)的方法，常用的有頻率法、阻尼比比較法、狀態(tài)空間法等，其中頻率法最為常用。（3）模態(tài)參數(shù)分析與實際古塔結(jié)構(gòu)相對照，分析計算得出的模態(tài)參數(shù)，判斷古塔目前的安全狀況，并提出相應(yīng)的安全評價和修復(fù)方案。三、研究的預(yù)期目標(biāo)和意義本研究的主要預(yù)期目標(biāo)在于：（1）建立磚石古塔的健康監(jiān)測體系，為其結(jié)構(gòu)安全提供技術(shù)支持和評估。（2）探索基于環(huán)境動力試驗的古塔模態(tài)參數(shù)識別方法，為其結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域提供新的技術(shù)手段。（3）提高我國古建筑文化的保護(hù)意識，為其保護(hù)和修復(fù)提供技術(shù)支持和依據(jù)。四、研究工作計劃本研究的主要工作包括：（1）文獻(xiàn)研究與理論準(zhǔn)備：閱讀有關(guān)古塔構(gòu)造及環(huán)境動力試驗相關(guān)的文獻(xiàn)，了解模態(tài)識別的基本原理。（2）數(shù)據(jù)采集及前期處理：在實際古塔建筑中進(jìn)行振動信號的采集，并對其進(jìn)行前期處理，以保證后續(xù)計算分析的準(zhǔn)確性。（3）有限單元模型的建立及模態(tài)計算：根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，利用有限元分析軟件ANSYS建立古塔的有限元模型，并利用模型計算固有振動頻率和對應(yīng)振型。（4）計算方法的比較及模態(tài)參數(shù)的分析：對比采用有限單元模型和頻率法等方法計算出的實驗數(shù)