振动与冲击第23卷第4期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK基于结构振动参数变化的损伤探测方法综述高维成刘伟邹经湘(哈尔滨工业大学航天工程与力学系，哈尔滨150001)摘要综述了基于结构振动参数变化的损伤探测的方法，对现有的文献中的方法进行了分类和评述，重点介绍了当前急需的对复杂结构进行损伤探测的较为有效的方法，并对该领域在理论和实际应用中尚存在的问题进行了讨论，根据国内外最新的文献对这一领域未来的发展方向和趋势进行了展望。关键词：振动参数，模态分析，损伤探测，复杂结构，模型修正中图分类号：0327文献标识码：AO引言射线探测、涡流和磁粉探测、光学探测及红外线探测等。但是以上方法存在很多缺点，如需要预先知道结随着社会的发展及科学技术的进步，许多工程结构损伤的大致区域，要求被探测的结构容易接近、探构正向着大型化、复杂化方面发展，如空间网格结构、测人员必须亲临现场进行探测等。基于以上的局限大跨度桥梁、高层建筑、海洋平台等。大型复杂结构性，局部损伤探测的方法主要应用于小型结构，而且的局部损伤，可能会导致整体结构的失稳、破坏乃至只能探测结构的表面损伤]。全局损伤探测方法可坍塌，后果不堪设想。由于地震、强风和大雪等自然以根据结构整体检测结果来判定结构中是否存在损环境导致结构损伤进而造成工程事故的例子很多，如伤及损伤的位置和程度，弥补了上述局部损伤探测方跨度为93．5m的布勒斯特穹顶网壳结构于1963年在法的不足，大大满足了当今社会人们急需对大型复杂一场大雪后突然倒塌、美国Connecticut州的Hartford结构进行损伤探测的需求。其中基于结构振动参数城体育馆网架结构在1978年的1月18Ft的大雨雪之变化的损伤探测方法就是少数的几种全局损伤探测夜坠毁落地；2000年8月27日，台湾省内一座高速公方法之一。路桥由于内部损伤造成桥梁从中间拦腰折断成两部众所周知，任何结构都可以抽象成由质量、阻尼、分，并坠人河中，导致22人伤亡；2001年3月4Et葡萄刚度矩阵组成的力学系统的数学模型，结构损伤能够牙北部的一座桥梁倒塌坠人涨水的河流中，导致大量降低结构的刚度、增大结构的阻尼、改变结构的振动的人员死亡⋯1。此外，结构的老化将造成结构强度的频率和振动模态J，而且振动测试的方法有加载设备降低、刚度的退化，这也可以看作是结构的一种损伤，简便、测试速度快、振动信号易于提取、传感器可安装对老化的结构进行维修和加固需要的费用也是相当在人们不宜接近的地方、损伤探测的过程不影响结构惊人的。由此可见，由于结构损伤导致的后果不但造的正常使用等优点L4J，这就使得基于结构振动参数变成了经济上的巨大损失，而且对人的生命安全造成了化的损伤探测方法的实现和广泛应用成为可能。严重的威胁。这些实际中存在的问题使我们认识到这种方法利用未损伤结构的数学模型和振动试了大型复杂结构的可靠性对社会、经济、人身安全有验数据，与损伤结构的振动响应进行比较，从而判定、重要的影响，正确评估它们在服役期间存在的损伤，评估出结构损伤的位置和程度]。当结构作有阻尼有着极其重大的意义。这就要求我们及时地建立损受迫害振动时，其振动方程可以写成如下的式子_6]：伤探测的方法，从而能够快速、准确地探测出损伤的[]{}+[c]{}+[]{}={F(t)}(1)存在、位置及程度并预测结构的寿命以保证结构的安其中[M]、[c]、[K]分别是质量矩阵、阻尼矩阵、刚度全。矩阵；{}、{}、{}分别是加速度向量、速度向量、位现有的结构的损伤探测的方法主要分为两种，即移向量；{F(t)}是载荷向量。对应于(1)式的奇次方局部损伤探测和全局损伤探测。其中局部损伤探测程特征值问题为：方法又包括声发射探测、超声波探测、X射线探测、7(一2[M]+c]+[K])}：{0}(2)国家自然科学基金项目(50478030)；黑龙江省科技攻关计划项目(GC04C101)收稿日期：2003—07—30第一作者高维成男，博士后，副教授，1966年生2振动与冲击2004年第23卷其中是第i阶固有频率；是第i阶主振型；．是虚伤识别；(3)该方法对小损伤的情况不敏感【24J，只能部单位。求解上述特征值问题，便可以求得03和，即探测较大程度的损伤；(4)一般情况下，局部响应是与求得第阶固有频率和第阶主振型。显然，每一阶固高阶模态相互耦合的，由于高阶模态的密度都很高，有频率和主振型都是系统本身参数即质量、阻尼、刚因此从高阶模态中激发和提取局部响应是十分困难度的函数，而与其它条件无关。也就是说系统本身参的，这也就造成了损伤识别的困难。从上述的局限性数的变化，会直接映射到试验所测得的固有频率、主