結構局部應力場測量及其在模型修正中的應用.pdf

1、大型土木工程結構的健康監(jiān)測與狀態(tài)評估是當前土木工程學界的研究熱點之一，損傷診斷是其中的一個關鍵問題，是建立結構預警體系的重要因素。因此，建立能準確模擬結構響應的有限元模型對識別結構損傷意義重大，其中模型修正技術是建立高精度有限元模型的關鍵。本文的研究工作是從數(shù)據最優(yōu)的角度出發(fā)，探討了在模型修正中如何在實測環(huán)節(jié)獲取性態(tài)（數(shù)據完備性和精度）良好的響應數(shù)據，并將其應用于結構有限元模型的修正，建立能準確模擬結構局部響應的有限元模型。完成的研究工

2、作與成果包括： 1．調研了模型修正技術的研究現(xiàn)狀，重點對基于模型修正技術的參數(shù)識別和損傷診斷研究進行了分析。損傷識別是結構預警的關鍵環(huán)節(jié)之一，目前廣泛應用的基于整體測點信息的模型修正技術很難有效識別初始損傷，而局部響應對損傷較為敏感，因此尋求基于結構熱點區(qū)域響應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中在實測響應獲取上存在的一系列問題，提出了基于局部應力場信息的模型修正方法，并設計了全景光彈實驗系統(tǒng)用于應力場

3、信息的測量，該系統(tǒng)有效彌補了傳統(tǒng)光彈性實驗系統(tǒng)的缺陷，實現(xiàn)了對大尺度結構試樣的測量。驗證實驗的結果表明，該系統(tǒng)是有效可行的。 2．在實驗光場條件較為惡劣的情況下，將數(shù)字圖像處理技術中的相關方法（數(shù)字光彈性法）用于應力場圖像的分析。以四點彎曲條件下矩形梁表面的應力等差線云圖為算例，通過Butterworh低通濾波和對數(shù)增強技術提高了圖像質量；并通過形態(tài)學方法和canny算子對圖像進行了修復；同時利用二維導數(shù)符號二值圖法和條紋倍增方

4、法精確提取了應力信息。算例分析結果表明，數(shù)字光彈性法的分析精度要高于傳統(tǒng)的光彈應力分析方法。 3．以某大跨懸索橋鋼箱梁結構中的加勁桁架為工程對象。實驗中，按照全景光彈實驗的要求，采用光彈性材料-聚碳酸酯制作了桁架結構的縮尺試樣，利用全景光彈實驗系統(tǒng)獲取了關鍵節(jié)點處的等差線云圖，并采用數(shù)字光彈性方法提取了應力響應信息。 4．以實測應力場信息為基準，基于靈敏度分析對桁架結構縮尺試樣的有限元模型進行了修正。修正過程為了充分利用