大型结构损伤识别研究的心得体会

shunzihu

大家好，针对结构损伤识别研究工作我已经开展一段时间，想和大家讨论讨论大型结构损伤识别的研究心得
    结构损伤识别是结构健康监测中重要的一环。目前，针对损伤识别国内外学者开展了多方面的研究工作，包括数值模拟，试验研究，现场监测等，取得也一定的研究成果。然而，目前很多损伤识别算法在数值模拟阶段可能取得很好的效果，但是到了现实工程中，方法几乎失效。究其原因：我个人认为是现实研究与实际脱离。大家可以发现：目前关于损伤识别的文章大多数偏重了算法，侧重与一些新颖的方法应用上，而对损伤识别的影响因素和结构损伤后真实的动力特性研究较少！这样导致了研究与实际脱离。
     例如：比如目前研究广泛的基于模态参数的损伤识别方法，在数值模拟上可以做到损伤定位、损伤定量，但是应用到现实桥梁结构上几乎无法识别损伤。原因：对于桥梁结构，环境温度，湿度的影响导致结构几何刚度的变化，促使模态参数发生变化，另外，不同环境条件下桥梁结构边界条件的变异，也会造成结构模态参数的变化。这些因素引起的模态参数变化掩盖了由损伤引起的模态参数变化。美国 Los Alomas Natioanal laboratory在Z24 桥的监测上作了相关的研究。近年来这一问题也逐渐被学者们重视起来。
    所以，我觉得做损伤识别的学者应该理论联系实际，不仅仅把研究精力放在损伤算法的研究上，还需要考虑工程结构的实际状态。我个人认为：在深入了解结构损伤机理、损伤结构的动力特性基础上，针对具体问题具体分析，制定合理的健康诊断策略，开展有针对性的损伤识别方法具有现实意义。   
    以上是我个人的学习心得和体会，希望同行畅所欲言，有交流才有收获！

[ 本帖最后由 shunzihu 于 2007-12-13 19:29 编辑 ]

smallbig

完全同意楼主的看法，但具体怎么做您是否有想法？请继续！:@)

shunzihu

目前在土木工程损伤识别中，存在两个截然不同的研究路径：
      一：由问题到方法，即先设定要解决的难点，然后围绕问题研究解决问题的方法；二，即先确定或提出某种方法，如神经网络、小波变换、HHT、混沌、分行等，再将方法进行具体应用来解决问题。由于绝大多问题的解决方法不是唯一的，均有各自的其局限性，不可能存在放之四海皆准的方法手段。
我上面建议的属于第一种研究路径，至于具体做法，我现在正在研究，初步想法如下：
1，考虑环境因素对损伤结构的影响，研究改变环境因素条件下损伤结构的动力特性，比如裂纹简支梁，轴向力改变对结构各阶固有频率影响程度明显不同，一阶固有频率受影响程度远远大于其它阶次；虽然边界条件变化对结构各阶固有频率影响程度也不相同，但是对于各阶频率的影响程度又明显不同与轴向力变化，具有自己鲜明的特征。意思是：对于不同的环境因素因素，系统的频率结构表现出不同的特性，（这与古代听诊的原理相似，医生可以根据把脉，把病因分辨出来，原因：不同病因所反映的脉搏跳动特征不同）。根据这些特征，通过构造合理的特征参数，应用模式识别的方法可以实现不同环境影响因素的分类；这也是我目前研究的内容。
对于多环境因素耦合损伤状态下 结构损伤识别（例如结构损伤前后，轴向力，边界条件都发生变化状态下的损伤识别）现在正在做，目前还没有想法？

dsj

现在的算法在实际应用中并不是根据具体情况而设计,所以即使算法再先进,也可能对实际问题没有帮助,所以,我支持具体问题具体分析的原则.
现在国内的学术偏重于理论研究,与具体的问题确实有点脱节

shunzihu

我觉得振动论坛是一个很好的交流平台，希望大家不要顾忌，敞开胸膛，谈谈自己的感受、心得！

jeruselem

基于结构动力特性的结构损伤识别，一般通过外部振动激励，看结构的反映。需要理论模型和实测数据建立相关的联系，能否不建立理论模型，而是直接通过输入和输出信号的处理和分析来实现呢。比如说瞬时频率。

jeruselem

采用什么样的手段呢？结构振动过程中的瞬时频率能否反映结构真实的动力特性呢？

shunzihu

瞬时频率是众多动力指纹中的一种，能够较好的揭示时变的非线性系统的特征（例如疲劳裂纹梁）。但是我觉得目前存在一些问题：
     （1）虽然用HHT可以提取emd，使用hilbert变换可以得到瞬时频率，但是目前来说HHT理论还不是很成熟，使用HHT进行信号处理还需要深厚的经验，比如信号边界延拓等，结果精度跟经验还有一定的关系。
      （2）对于不同条件，结构瞬时频率表现处不同的特征，比如，疲劳裂纹梁在较大的轴向拉力作用下，裂纹在振动过程中一直保持张开状态，瞬时频率是一条接近水平的直线，而疲劳裂纹梁在较大轴向压力作用下，裂纹一直处于闭合状态，结构的总体刚度基本保持不变，瞬时频率也是一条接近水平的直线，有可能与无损伤结构的固有频率相同。
所以如何根据瞬时频率提取损伤动力特征还需要进一步研究。
       我认为瞬时频率是一个很好的动力指纹，应该有很好的发展前景。我个人坚持的原则：在研究中，应该针对具体问题具体分析。

[ 本帖最后由 shunzihu 于 2007-12-19 17:16 编辑 ]

shunzihu

不同于机械、航空领域，土木工程损伤识别具有自己鲜明的特性，大体积、大空间、大跨度结构比比皆是，致使现在土木工程领域搞损伤识别研究的跟搞机械的有所脱节。我觉得其实是一脉相承，我现在的很多思路来自对机械领域故障诊断的认识，毕竟机械故障诊断研究历史较长，有许多值得借鉴的地方。