工程实例：有限元模态分析的应用

图9.4.1　水闸结构有限元模型示意图（2号水闸）

水闸结构有限元模型如图9.4.1所示（2号水闸），采用ANSYS有限元软件进行模态分析。该孔水闸过水宽度和长度分别为14m和25m，每侧挡墙厚2m，故待识别脱空的底板尺寸为18m×25m。根据实测数据对2号水闸结构有限元模型进行修正后的材料参数为：混凝土材料弹模为2.5×104 MPa，泊松比为0.167，密度为2500kg/m3，defs=12.6×109。约束条件的设置、地基的模拟和第7章相同，通过在模型的底层施加表面附加单元模拟温克尔地基，脱空通过设置EFS=0来进行模拟。

水闸结构模型频率计算结果见表9.4.1（2号水闸），在进行响应面模型拟合时对应地选择相应阶次的频率信息进行计算，前3阶实测频率分别对应模型频率的第2阶、第4阶和第5阶频率。

表9.4.1　水闸结构模型频率计算结果（2号水闸）　单位：Hz(www.xing528.com)

前3阶模态位移矢量和如图9.4.2～图9.4.4所示，实测点均分布在闸墩靠中上部的位置，从图9.4.2～图9.4.4中可以看出闸墩中上部的位移矢量和相对来说均较大，表明实测点位置选取较合理。

图9.4.2　第1阶模态位移矢量和图

根据第7章所述的水闸底板脱空分类，将实测数据分别进行所有类别的响应面模型拟合，并对所有类别基于遗传算法进行脱空范围的反演识别，其中单侧脱空4类，多侧脱空4类。