基于振动测试的结构损伤识别方法研究结果

对大多数模态振型，在损伤位置处应变模态［35－36］具有明显的峰值，且峰值大小随损伤程度的增加而增加。采用应变模态的好处在于可以直接研究某些关键点的应变，如应力集中问题、局部结构变化对变化区附近应变的影响问题。

相对于位移模态的测量，应变测量技术的优点有很多：①应变片质量小，附加刚度小，占用空间小且与被测试件黏结牢靠；②增加防护层就可在液体介质中进行测量；③对于旋转机械，用集流环引出信号已是成熟技术，因此它可以用于传感器不便进行的振动测量等。

曲率模态［37－38］是应变模态的一种特殊形式，基于曲率模态的损伤识别方法和基于应变模态的损伤识别方法本质上是一样的。曲率是位移的二阶导数，反映了位移的变化率；如果结构的某一局部出现损伤，则这一部位的曲率变化应明显大于其他部位，通过结构损伤前后曲率模态振型的改变就可以确定损伤的发生位置。通常在结构振动中，低阶模态起主导作用，所以只需使用少量低阶曲率模态振型进行损伤定位；而低阶位移模态振型的测试精度容易保证，所以利用曲率模态振型进行损伤定位可以在工程中实现。

Pandey等［39］提出了曲率模态识别方法，用有限元梁模型验证了模态曲率振型的绝对变化是很好的损伤识别因子，具有较高的结构局部损伤定位能力，能够定性评估结构的损伤。Maeck等［40－41］描述了钢筋混凝土梁在无损伤和损伤状态下动力刚度的确定方法。他们利用实验得到的模态振型和特征频率直接计算由模态曲率和扭转率导出的动力刚度。该方法的优点在于不需要数值模型，但是为了识别更高阶模态必须有一个相对密集的传感器测量网络。Pei等［42］用曲率模态法识别了简支梁中的单位置和多位置损伤，对简支梁不同损伤工况的数值模拟结果表明了曲率模态法对结构损伤定位效果极佳，尤其对微小损伤更能显示其优越性。Farrar等［43－44］比较了应用位移、曲率振型指标等对Ⅰ－40桥进行了损伤识别试验的研究结果，发现应变能指标识别损伤位置最好，曲率模态振型的改变次之，MAC方法则不敏感。

目前国内研究人员也陆续将其应用于梁、板、混凝土、结构焊缝等的损伤识别中［45－47］。但应用于实际还要受一定的限制，如：(www.xing528.com)

（1）在损伤部位会出现应力集中现象，而离损伤区域稍远一点的地方应力又下降至正常水平。应变片只有粘到损伤部位才能测量到损伤的发生；而在大型结构中，测量前就需要先验知识，否则不易测量。

（2）应变片的精度会受到温度、湿度等周围环境的影响，长期检测的可靠性会受到影响。

（3）此外，测量噪声等也进一步影响了应变测量系统的精度。

因此，应变／曲率模态应用于实际结构损伤识别，还需要进一步的研究。