結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量及其在模型修正中的應(yīng)用.pdf

1、大型土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估是當(dāng)前土木工程學(xué)界的研究熱點(diǎn)之一，損傷診斷是其中的一個(gè)關(guān)鍵問題，是建立結(jié)構(gòu)預(yù)警體系的重要因素。因此，建立能準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)響應(yīng)的有限元模型對(duì)識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷意義重大，其中模型修正技術(shù)是建立高精度有限元模型的關(guān)鍵。本文的研究工作是從數(shù)據(jù)最優(yōu)的角度出發(fā)，探討了在模型修正中如何在實(shí)測(cè)環(huán)節(jié)獲取性態(tài)（數(shù)據(jù)完備性和精度）良好的響應(yīng)數(shù)據(jù)，并將其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)有限元模型的修正，建立能準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)局部響應(yīng)的有限元模型。完成的研究工

2、作與成果包括： 1．調(diào)研了模型修正技術(shù)的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)對(duì)基于模型修正技術(shù)的參數(shù)識(shí)別和損傷診斷研究進(jìn)行了分析。損傷識(shí)別是結(jié)構(gòu)預(yù)警的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，目前廣泛應(yīng)用的基于整體測(cè)點(diǎn)信息的模型修正技術(shù)很難有效識(shí)別初始損傷，而局部響應(yīng)對(duì)損傷較為敏感，因此尋求基于結(jié)構(gòu)熱點(diǎn)區(qū)域響應(yīng)信息的模型修正策略無疑更加合理。由此出發(fā)，討論了模型修正技術(shù)中在實(shí)測(cè)響應(yīng)獲取上存在的一系列問題，提出了基于局部應(yīng)力場(chǎng)信息的模型修正方法，并設(shè)計(jì)了全景光彈實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用于應(yīng)力場(chǎng)

3、信息的測(cè)量，該系統(tǒng)有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)光彈性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的缺陷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大尺度結(jié)構(gòu)試樣的測(cè)量。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，該系統(tǒng)是有效可行的。 2．在實(shí)驗(yàn)光場(chǎng)條件較為惡劣的情況下，將數(shù)字圖像處理技術(shù)中的相關(guān)方法（數(shù)字光彈性法）用于應(yīng)力場(chǎng)圖像的分析。以四點(diǎn)彎曲條件下矩形梁表面的應(yīng)力等差線云圖為算例，通過Butterworh低通濾波和對(duì)數(shù)增強(qiáng)技術(shù)提高了圖像質(zhì)量；并通過形態(tài)學(xué)方法和canny算子對(duì)圖像進(jìn)行了修復(fù)；同時(shí)利用二維導(dǎo)數(shù)符號(hào)二值圖法和條紋倍增方

4、法精確提取了應(yīng)力信息。算例分析結(jié)果表明，數(shù)字光彈性法的分析精度要高于傳統(tǒng)的光彈應(yīng)力分析方法。 3．以某大跨懸索橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)中的加勁桁架為工程對(duì)象。實(shí)驗(yàn)中，按照全景光彈實(shí)驗(yàn)的要求，采用光彈性材料-聚碳酸酯制作了桁架結(jié)構(gòu)的縮尺試樣，利用全景光彈實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)獲取了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處的等差線云圖，并采用數(shù)字光彈性方法提取了應(yīng)力響應(yīng)信息。 4．以實(shí)測(cè)應(yīng)力場(chǎng)信息為基準(zhǔn)，基于靈敏度分析對(duì)桁架結(jié)構(gòu)縮尺試樣的有限元模型進(jìn)行了修正。修正過程為了充分利用