动力荷载作用下多自由度结构非线性恢复力识别研究

【摘要】工程结构在地震等强动力荷载作用下的损伤识别和性能评估是灾后救援、安全评估和恢复重建中所需解决的关键问题。在强动力荷载作用下，工程结构的损伤发生发展过程是一个典型的非线性过程，以往基于结构测量和特征值提取的以结构刚度降低来描述结构损伤的反分析方法严格来讲仅适用于线性动力系统，且结构的非线性特征具有明显的差异性，因此，研究具有一般意义的结构非线性行为识别方法对工程结构在动力荷载作用下损伤的定性和定量评估具有重要意义。基于上述背景，本文将结构的非线性恢复力作为描述结构非线性行为的直接指标进行识别，提出和发展了具有一般意义的多自由度非线性结构的损伤识别方法，为结构在动力荷载作用下损伤的发生发展过程进行监测以及对结构耗能进行定量评估提供了新方法。主要研究内容如下：1、在理论方法中，提出了一种基于二重切比雪夫多项式的多自由度结构非线性恢复力的识别方法，该方法能够在结构质量和结构非线性特性均未知的条件下，对体系的非线性恢复力、结构的质量分布及其非线性特性进行有效地识别。基于结构激励及其相应的响应时程，利用最小二乘优化算法和牛顿第三定律，从结构动力平衡方程出发，分别讨论了该识别方法在结构激励完整和非完整两种情况下的具体实现过程。2、在数值模拟中，利用达芬系统、基于形状记忆合金(shapememoryalloy，SMA)材料的阻尼器(简称SMA阻尼器)理想双旗形系统、和基于磁流变阻尼器(Magneto-Rheologicaldamper，简称MR阻尼器)的滞回系统三类非线性模型来模拟结构的非线性行为，分别考虑无噪声影响和6%环境噪声水平影响，并与既有的基于幂级数多项式模型的识别方法进行了对比，且在多自由度数值算例模型中引入多个非线性模型来模拟工程结构可能发生的多处损伤，考虑不同的激励位置，验证了该识别方法的有效性。3、在一个四层框架模型中分别安装MR阻尼器和SMA阻尼器来模拟结构的非线性行为，利用力锤施加冲击荷载，对该多自由度非线性结构开展了不同激励方式下的动力实验。仅基于结构激励及其响应的时域信号，通过与实测结果的对比分析，进一步验证了本文提出的基于二重切比雪夫多项式的非线性恢复力识别法对结构非线性恢复力、MR阻尼力和SMA阻尼器恢复力的识别效果。
【作者】辛璐璐；
【导师】许斌；
【作者基本信息】湖南大学，结构工程，2013，硕士
【关键词】损伤识别；动力荷载作用；多自由度结构；激励完整和非完整；非线性恢复力；二重切比雪夫多项式模型；MR阻尼器；SMA阻尼器；

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