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钢棒广泛地用于机械、建筑、桥梁和采油等工程领域,作为大型结构的基本单元,钢棒工作中会出现裂纹、腐蚀、凹坑等损伤,而裂纹损伤所占的比重最大,尤其对于长钢棒往往存在多裂纹损伤的情况,严重威胁着现有结构和机构的安全性和可靠性,迫切需要一种损伤敏感指标解决长钢棒多裂纹损伤快速定位的问题。 本文以含有多裂纹损伤的钢棒为研究对象,采用理论模态分析、实验模态分析并结合小波分解分析的方法对其进行了多裂纹定位识别,寻求一个对多损伤更敏感的损伤指标,来达到对复杂大型机构多裂纹损伤进行快速定位的要求。论文主要包含以下内容: (1)首先概述了结构损伤识别多裂纹的研究现状,介绍了国内外基于动态特性的结构损伤识别的研究状况,阐述小波分析方法结合动态特性的损伤指标的优越性。 (2)应用Ansys有限元分析软件,对含有不同深度多裂纹缺陷的钢棒建模,并对其进行模态分析,得到固有频率、振型、模态曲率、曲率变化率等损伤指标,通过仿真分析证明了这些损伤指标对裂纹深度小于0.1mm的多裂纹损伤不够敏感,不能对其进行定位识别。 (3)利用小波分析和曲率变化率相结合来构造损伤指标,通过小波分析对二阶模态曲率变化率进行三层小波分解,然后通过分解后的信号的突变来准确定位钢棒裂纹的位置。通过分析该指标可以准确地对钢棒多裂纹进行定位。 (4)利用小波分析和曲率变化率的损伤指标对相同方向和不同空间位置的钢棒多裂纹进行检测,讨论了不同情况下裂纹间的干涉情况,建立了干涉距离和裂纹深径比之间的数学表达式。 (5)搭建振动实验台,对含矩形缺口模拟裂纹的钢棒进行了振动模态实验,对实验数据进行了模态分析,实验说明了利用小波分析和曲率变化率相结合的损伤指标对钢棒多裂纹的损伤识别更敏感。 本研究从理论和实验角度出发,利用小波分析和曲率变化率相结合的损伤指标实现钢棒多裂纹的损伤定位识别,为大型和复杂结构的无损识别提供了理论依据和实际应用基础。