改进的基于固有频率向量的损伤检测方法

　　1　引言

　　近年来,基于模态参数的损伤检测方法发展迅速,文献[1]提出基于固有频率向量的损伤检测方法,其基本思想是顺序抽取结构多个固有频率组成一个广义的向量,以结构损伤前后固有频率向量置信准则为损伤判据来检测结构健康状态的变化。基于模态参数的具体的损伤检测方法已经提出很多,罗武[2]等以模态应变能比作为表征结构损伤的标识量,通过神经网络建立起损伤标识量和损伤状态之间的映射模型,对含损伤的复合材料机翼结构的仿真结果表明,该方法可准确识别出结构的损伤位置和损伤程度。针对圆柱壳结构,王志华[3]等提出一种基于频率敏感度和振型的损伤检测方法定位损伤,并估计损伤程度。而在众多模态参数中,固有频率的测量既简便又精确,固有频率的变化又灵敏而准确的反应结构健康状态的变化,因此基于固有频率的损伤检测方法也特别受到研究者的重视。但由于不同位置不同程度的损伤,可能会使结构某一阶固有频率产生相同的变化,只考虑结构任何单独一阶固有频率的变化,很难确定结构损伤的位置和程度。Nikolakopoulos等[4]利用一个钢架模型验证选取结构3阶固有频率为考察对象,以所有可能的损伤位置和程度对前3阶固有频率的影响曲线的交点得出结构单损伤的实际位置和程度,可见利用结构多阶固有频率的变化可以基本确定结构的单处损伤位置。

　　Michele Dilena[5-6]提出一种利用共振频率和反共振频率的变化进行单个损伤检测的方法。Yang QW[7]等将模态频率法和模态振型法结合起来,通过低阶固有频率的改变来识别结构是否发生损伤,然后利用损伤前结构某单元的刚度与损伤前后结构某单元柔度变化的乘积是否为零判断损伤的位置。可见利用结构多阶固有频率的变化可以基本确定结构的单处损伤位置。但总的来讲,目前几乎所有的基于动力学特性对比的结构健康检测方法都存在检测偏差,Alvandi A等[8]将检测成功概率和检测失败概率引入到损伤检测之中,作为评价损伤检测准确度的一个概率指标,这使得人们在实际工程结构的损伤检测中,可以综合运用多种检测方法对结构进行检测,然后综合各种方法的检测结果及其准确度概率,得出一个带有概率的损伤状态结论,这样会更有利于对结构真实损伤状态的评定。显然,运用的损伤检测方法越多,检测结论的偏度就越小。因此,发展各种结构损伤检测的新方法,并用于结构损伤状态的综合评定中,是提高损伤检测准确性的基本保证。

　　本文实验验证基于固有频率向量的损伤检测方法有效性的基础上,提出一种改进的损伤判据,并通过损伤检测实验结果,说明与原损伤判据相比,用改进损伤判据可以得到更高的检测成功概率。