《由微元動力平衡擾動辨識結構損傷的理論與方法》是依託香港理工大學深圳研究院，由成利擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：由微元動力平衡擾動辨識結構損傷的理論與方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：成利
- 依託單位：香港理工大學深圳研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前，基於振動理論的全局性無損檢測（V-GDD），一般以結構整體為分析對象，存在對弱損傷不敏感、受邊界變化影響大、需無損結構作參照等不足。獨闢蹊徑，該項目以結構微元為分析對象，引入損傷等效虛擬激勵的概念，以由微元動力平衡擾動→虛擬激勵→損傷為學術路線，探索振動理論框架下的局部性無損檢測（V-GDD）新理論及方法，包括提出由微元動力平衡擾動辨識損傷的基本力學原理；基於微元的弱動力平衡，構建低階微分形式的損傷特徵量；建立小波框架下微元多尺度動力平衡的擾動機制；建立雷射振動分布量測系統，對所提理論與方法進行物理模型實驗檢驗。突破了V-GDD的由全局動力特性的改變刻畫局部性損傷的局限性，V-LDD擁有對弱損傷敏感、對邊界自適應、無需無損基準結構、力學基礎堅實等特徵。預期成果有望提升現有結構無損檢測理論水平，並為發展有效的套用技術提供科學依據，因此，具有重要的科學價值和套用前景。
結題摘要
開展面向工程結構的損傷檢測方法研究是預防重大事故發生、提高結構經濟效益、降低維護成本的重要手段。本課題開展基於振動和基於導波的損傷檢測方法研究。基於振動的損傷檢測方法研究中推導了“虛擬激勵”法的“強形式”損傷特徵因子公式，提出了測量參數最最佳化的方案，並將該方法成功地套用於梁、板和鋼筋混凝土結構的檢測中。在此基礎上，本課題在小波框架下將損傷特徵值從一維空間域轉換到二維尺度-空間域，建立了小波框架下微元多尺度動力平衡的擾動機制，提出了“弱形式”的損傷檢測原理，實現了逐點檢測到區域檢測的轉變。進而，提出了虛擬振動位移法和稀疏邊界測量法，研製了含金屬芯壓電纖維智慧型感測夾層與雷射測振結合的損傷檢測系統，在提高損傷檢測信噪比的同時，極大地減少了測量所需的點數。為了解決“虛擬激勵”法需要藉助結構振動微分方程的缺點，本課題提出了基於廣義振動模型識別的損傷檢測方法，採用掃頻激勵的方式成功地對蜂窩夾層結構進行了多損傷的識別。基於導波的損傷檢測方法研究中從線性到非線性的角度，研究了該方法在損傷檢測過程中存在問題。針對高速列車結構安全監測的問題，理論分析了車軸厚壁結構中導波的傳播機理，並通過實驗驗證了所提出的導波傳播模型。此外，搭建了結構健康監測系統，提出了感測器最佳化布置方案，在高速列車結構中進行了損傷識別實驗。針對線性方法對疲勞裂紋不敏感的問題，研究了非線性Lamb波的損傷檢測方法。建立了高階Lamb波的產生模型，研究了結構裂紋參數對高階Lamb波幅值的影響，提出了基於歸一化高階Lamb波幅值係數的損傷評估方法。最後，結合線性Lamb波損傷成像方法，本課題提出了一種多元化的損傷成像方案，並通過實驗驗證了該方法能夠對多疲勞裂紋進行成像。
