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基于固有频率变化的混凝土梁损伤识别研究

发表时间：2020/12/29 来源：《工程建设标准化》2020年19期作者：郎冠宇李晓毅张妍王玉晴袁野鲁俊江

[导读] 本文围绕混凝土悬臂梁单一损伤的损伤识别和定量分析进行阐述

        郎冠宇李晓毅张妍王玉晴袁野鲁俊江
        （沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳）
        摘要：本文围绕混凝土悬臂梁单一损伤的损伤识别和定量分析进行阐述。利用ABAQUS有限元建模软件，建立混凝土悬臂梁有限元模型。经过数据后处理获得各工况下的固有频率及模态振型。对获得的模态数据进行分析。获得悬臂梁结构的损伤情况。
        关键词：固有频率；混凝土梁；损伤识别；有限元
1 混凝土悬臂梁模拟及损伤工况设置
1.1 健康混凝土悬臂梁模拟
        本章采用ABAQUS有限元软件的beam单元模拟长度为2000mm，截面高度为200mm，宽度为100mm，弹性模量为3e10Pa，密度为2500Kg/m3，泊松比μ为0.25的混凝土梁，沿长度方向将梁划分成100个单元，共101个节点。
1.2 损伤工况设置
        基于健康混凝土悬臂梁的模型，本章将设置如下损伤工况，见表1.1所示(黑色区域代表损伤)。通过降低该处弹性模量E来模拟损伤，损伤因子记为a，当某处损伤因子为a时，则该处弹性模量为，表明损伤因子a越大则该处损伤程度越严重。对于上述损伤工况，损伤因子a设置如下。

        分别将上述损伤工况不同损伤程度的混凝土悬臂梁进行有限元数值模拟，获得各自对应的前若干阶固有频率及模态振型。
2 基于频率变化的损伤识别
        利用ABAQUS有限元模拟软件分别对单一损伤对应的0.1~0.9，九种损伤程度进行模拟，获得各自对应的前4阶固有频率如表2.1所示。

3 结论
从模拟分析来看，对于不同损伤程度的混凝土悬臂梁，前4阶固有频率随着损伤因子的变大，损伤程度的增加，结构固有频率也有所降低。这表明通过结构的固有频率能够从一定程度上说明结构损伤的存在，但仅能定性的判断结构存在损伤，而无法直观的获知结构损伤的位置，也无法明确地反映出结构的损伤程度。

参考文献
1.白清顺，于福利，樊浩，等.典型机械结构的模态参数测试系统[J].实验技术与管理，2010，27（6）：51-53.
2.杨笑冬.基于ANSYS的悬臂梁模态分析[J].机电一体化，2008，14（6）：58-60.
3.向玲，鄢小安，陈涛.基于PolyMAX方法的悬臂梁振动模态分析[J].中国测试，2016，42（4）：132-135.