基于實(shí)體單元的三維結(jié)構(gòu)非線性動力分析和損傷識別研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)的頻率、振型等模態(tài)參數(shù)是結(jié)構(gòu)物理特性(質(zhì)量、剛度、阻尼)的函數(shù)，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷后，結(jié)構(gòu)的物理特性發(fā)生改變，結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)也隨之發(fā)生變化，根據(jù)模態(tài)參數(shù)改變量就可以確定損傷位置及損傷程度。這種基于結(jié)構(gòu)振動的損傷識別方法具有測試設(shè)備簡單、方便，測試過程不會給結(jié)構(gòu)帶來破壞等優(yōu)點(diǎn)，因此越來越受到人們的重視。目前，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的損傷識別已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。 采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行基于結(jié)構(gòu)振動的損傷識別需要事先模擬結(jié)構(gòu)的各種可

2、能損傷狀態(tài)，得出結(jié)構(gòu)在正常使用階段和各種損傷狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)，用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，因此能否精確地模擬出結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)是該損傷識別方法能否成功的一個關(guān)鍵因素。針對以往結(jié)構(gòu)分析所用層模型和桿模型過于粗糙的缺點(diǎn)，本文采用實(shí)體單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)的微觀有限元分析，鋼材和混凝土均采用八結(jié)點(diǎn)六面體等參單元，采用分離式模型，鋼材和混凝土僅在公共結(jié)點(diǎn)處相連接，具有共同的結(jié)點(diǎn)位移，分別計算各自的剛度矩陣，根據(jù)位移協(xié)調(diào)條件組成總剛矩陣。 材料的本

3、構(gòu)模型是影響結(jié)構(gòu)有限元分析精度的重要因素，本文中混凝土采用非線性彈性增量本構(gòu)模型，鋼材采用彈塑性增量本構(gòu)模型。本文將現(xiàn)有的混凝土單軸滯回模型的受拉骨架曲線用直線下降段代替，修改了其受拉區(qū)域的卸載規(guī)則，并使用等效應(yīng)變方法將其應(yīng)用到三維非線性彈性增量本構(gòu)模型中。鋼材滯回模型采用現(xiàn)有的雙線性模型，考慮了鋼材的包辛格效應(yīng)。 在上述理論基礎(chǔ)上，本文使用FORTRAN90語言編制了鋼材、混凝土組合結(jié)構(gòu)的非線性時程分析程序FEDANS，該程序

4、可用于鋼材、混凝土組合結(jié)構(gòu)的動力特性分析，多向地震作用下的線彈性動力響應(yīng)分析和材料非線性動力響應(yīng)分析，然后通過兩個算例與通用有限元計算軟件SAP2000的計算結(jié)果進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了本文程序的正確性。同時根據(jù)簡支梁在動力荷載下的解析表達(dá)式，提出了線彈性時程分析程序校準(zhǔn)方法。 在驗(yàn)證了本文程序FEDANS的正確性后，將該程序應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了二灘拱壩和鋼管混凝土框架的非線性地震響應(yīng)分析，找出結(jié)構(gòu)的薄弱位置，為結(jié)構(gòu)的損傷識別提