大尺度钢结构梁的应变模态数值仿真和实验研究

作     者：郭翔 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马琨

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：大尺度结构 应变模态 模态实验 

摘      要：钢结构梁在很多桥梁和建筑中都有广泛的应用,甚至有些纯钢结构的桥梁和建筑物,例如某些过街天桥、体育场馆等。对钢结构梁的设计、安装和使用,如果不恰当或是因为环境和外力因素导致的结构变形或损伤可能会造成很严重的后果,导致整个结构的断裂、坍塌或者毁坏。但是在结构设计时和发生彻底毁坏前我们很难观测到其实际振动情况和细微的结构变化。而共振和裂纹往往是导致结构损毁的直接原因。所以在简单的研究钢结构梁的静态承重和抗弯等基础上,我们需要研究其结构的振动特性和局部应力集中的问题。 要对结构进行优化的设计,使其很好的达到抗震和降噪的要求;并能在使用期间可以进行高效的结构健康诊断,模态分析技术为我提供了很好的手段。且与传统的位移模态,基于频率或者其他模态参数的方法相比,应变模态能在得到结构模态频率、振型的同时,通过测试局部应变很好的解决应力集中问题。所以对钢结构进行应变模态分析是非常好的方法。而且钢结构材料各向同性可以对其模型进行数学仿真,模拟其振动情况和应变分布。但在实验室中基本上实验用的钢梁尺寸都较小,只能进行简单实验模拟研究。所以本文选取更贴近工程实际的大尺度钢结构梁进行研究,模拟其应变模态的数学模型并利用实验加以验证和研究。 论文的主要工作如下： 1根据应变模态及振动理论,在讨论了应变模态振型之间的正交性基础上,导出大尺度纯钢结构简支梁应变响应的模态模型。通过数值模拟模拟了其应变模态。 2在实际测量大尺度钢结构梁的应变频率响应函数矩阵基础上,并测量了大尺度钢结构梁位移模态参数和应变模态参数,并通过实验得到大尺度纯钢结构简支梁的应变模态振型。 3通过数值模拟和理论解对比,验证了频域应变模态参数识别方法的正确性。