模態(tài)分析及其損傷診斷XX(武漢理工大學(xué)土建學(xué)院)摘要：隨著振動(dòng)理論及其相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，人們已經(jīng)不再僅僅依靠強(qiáng)度理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而是越來越重視振動(dòng)特性分析在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)中的重要地位。本文在總結(jié)近年來國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)筆者自己的研究，較系統(tǒng)地介紹了線性位移實(shí)模態(tài)、復(fù)模態(tài)分析，以及其在損傷診斷上的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：模態(tài)分析；位移模態(tài)；損傷診斷TitleModalAnalysisandDamageDiagnosisXX(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,WuhanUniversityofTechnology)Abstract:Withthedevelopmentofvibrationtheoryanditsrelateddisciplines,wearenolongerrelysolelyonthestrengthofthestructuraldesigntheory.Wepaymoreandmoreattentiontovibrationanalysisofanimportantpositioninstructuraldesignandevaluation.Thispaperisbasedontherecentliterature.Accordingtotheauthor'sownresearch,Iwillgiveaconciseintroductionofthelineardisplacementoftherealmode,complexmodalanalysisanddamagediagnosis.模態(tài)分析技術(shù)源于20世紀(jì)30年代提出的將機(jī)電進(jìn)行比擬的機(jī)械阻抗技術(shù)【1】。由于當(dāng)時(shí)測(cè)試技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制，它在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)發(fā)展非常緩慢。至20世紀(jì)50年代，該技術(shù)僅限于離散穩(wěn)態(tài)正弦激振方法。20世紀(jì)60年代初，跟蹤濾波器的問世使得頻響函數(shù)的測(cè)試大大節(jié)約了時(shí)間，四相測(cè)試儀的出現(xiàn)并利用模態(tài)正交性，將相鄰較近的模態(tài)加以分離成為可能。與此同時(shí)，開始利用計(jì)算機(jī)對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，先將跟蹤濾波器輸出的模擬量經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)，并應(yīng)用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。模態(tài)分析涉及的內(nèi)容【2】有3方面：模態(tài)理論，動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)，參數(shù)估計(jì)。模態(tài)理論是模態(tài)分析的基礎(chǔ)。本文主要就模態(tài)理論的發(fā)展以及其在損傷診斷上的應(yīng)用進(jìn)行綜述。模態(tài)理論1.1位移場(chǎng)線性實(shí)模態(tài)理論傳統(tǒng)模態(tài)理論包括實(shí)模態(tài)理論和復(fù)模態(tài)理論，它研究和描述系統(tǒng)的固有振動(dòng)特性。其實(shí)質(zhì)是一種坐標(biāo)變換過程⑶，即利用模態(tài)作為Ritz基，將結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程解耦成為一系列單自由度動(dòng)力學(xué)方程的總和，從而為理論分析或?qū)嶒?yàn)研究帶來極大的方便。絕大數(shù)振動(dòng)結(jié)構(gòu)可離散成為有限個(gè)自由度的多自由度系統(tǒng)。對(duì)一個(gè)有n個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，需用n個(gè)獨(dú)立的物理坐標(biāo)描述其物理參數(shù)模型。在線性范圍內(nèi)，物理坐標(biāo)系中的自由振動(dòng)響應(yīng)為n個(gè)主振動(dòng)的線性疊加，每個(gè)主振動(dòng)都是一種特定形態(tài)的自由振動(dòng)，振動(dòng)頻率即系統(tǒng)的主頻率，振動(dòng)形態(tài)即系統(tǒng)的主振型，對(duì)應(yīng)每個(gè)阻尼系統(tǒng)的主振動(dòng)有相應(yīng)的模態(tài)阻尼。實(shí)模態(tài)理論歷史悠久，它的理論基礎(chǔ)是正交條件Rayleigh最早提出可以得到正交實(shí)模態(tài)的阻尼條件。而后Caughey【4】提出更一般的阻尼對(duì)角化條件為：-V-Ii-o最一般的阻尼對(duì)角化條件也是由Caughey提出的：CM~lK-KM~XC實(shí)模態(tài)方法可用于解決流固耦合振動(dòng)問題。離散化后的流固耦合自由振動(dòng)方程為：MX+Gx4-j=0其中，質(zhì)量矩陣M和剛度矩陣K正定對(duì)稱，G為反對(duì)稱耦合矩陣，它們可以表成以下分塊形式:其中，下標(biāo)s代表固體，f代表流體，位移u為固體基本變量，流函數(shù)*為流體基本變量。離散化后的流固耦合自由振動(dòng)方程事實(shí)上是一種保守陀螺系統(tǒng)的自由振動(dòng)方程。它的正交條件為：W*+3JX\KX(-bXX*-Y\KXl55Y訓(xùn)XlQ其中。心oJ*=｛；｝“｛：｝1.2位移場(chǎng)線性復(fù)模態(tài)理論對(duì)于線性非保守非經(jīng)典阻尼多自由度系統(tǒng)已有許多研究。主要的方法有兩種，一種是狀態(tài)空間法，其優(yōu)點(diǎn)是可以解禍，不足是人為增加求解未知量；另一種是位形空間法，這是習(xí)慣方法，其不足是不能利用正交條件解耦。Meirovitch【5】1967年論述了非比例阻尼的復(fù)模態(tài)理論。Fawzy和Bishop1976年在位形空間論述了一般復(fù)模態(tài)理論，建立了復(fù)雜的新的正交關(guān)系，然后再把響應(yīng)按復(fù)特征矢量展開求解。1987年Newland?】又在狀態(tài)空間對(duì)復(fù)模態(tài)作了進(jìn)一步的論述。國(guó)內(nèi)倪金福和張阿舟【7】，張阿舟和朱德愁【8】，李德葆等都詳細(xì)研究過對(duì)稱系統(tǒng)的復(fù)模態(tài)理論。鄭兆昌、譚明一用攝動(dòng)法研究了復(fù)模態(tài)理論，用級(jí)數(shù)漸進(jìn)展開法使實(shí)模態(tài)修正成復(fù)模態(tài)。近年來國(guó)內(nèi)學(xué)者還在繼續(xù)復(fù)模態(tài)的討論和完善工作。引入狀態(tài)矢量Y,線性振動(dòng)系統(tǒng)復(fù)模態(tài)情況的自由振動(dòng)方程的等價(jià)特征方程為AY=AY其中由于A矩陣不是Hermitian矩陣或?qū)崒?duì)稱，其左右特征矢量不再相同，故需研究原方程的伴隨方程相應(yīng)的特征方程為其中Z彳加即I-勸X)由特征方程可解得復(fù)特征值7及對(duì)應(yīng)的特征矢量丁:，并以共扼對(duì)出現(xiàn)。復(fù)模態(tài)的雙正交條件，寫成矩陣的形式為顯然當(dāng)未出現(xiàn)重特征值時(shí)，這一正交關(guān)系是成立的，但當(dāng)出現(xiàn)重特征值（）時(shí)，則需要采用正交化處理的方法構(gòu)造出一組相互正交的特征矢量，以滿足雙正交條件。此間隱含一個(gè)假定：系統(tǒng)存在一組完備的線性獨(dú)立的特征矢量，這是復(fù)模態(tài)理論的不足。1.3位移場(chǎng)線性廣義模態(tài)理論一般情況下線性結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程的等價(jià)特征值狀態(tài)方程在形式上仍可用線性振動(dòng)系統(tǒng)復(fù)模態(tài)情況的自由振動(dòng)方程的等價(jià)特征方程表示。這種虧損系統(tǒng)不具有張滿整個(gè)空間的完備解耦特征矢量。為保證響應(yīng)模態(tài)疊加結(jié)果的正確性和收斂性，需尋找并補(bǔ)充一些新的獨(dú)立矢量，組成州個(gè)完備的獨(dú)立矢量基以張滿整個(gè)空間，使系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)能在該組基下得到正確的描述并在最大程度上解耦。該組矢量系為系統(tǒng)的廣義模態(tài)或廣義特征矢量。Newland對(duì)虧損系統(tǒng)進(jìn)行了討論，但未給出求解方法。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于廣名模態(tài)理論的文獻(xiàn)不多，廣義模態(tài)理論還在發(fā)展中。模態(tài)理論在損傷診斷上的應(yīng)用目前提出的損傷診斷方法如下：d損傷指標(biāo)法，主要指標(biāo)有坐標(biāo)模態(tài)確認(rèn)準(zhǔn)則、改進(jìn)的坐標(biāo)模態(tài)確認(rèn)準(zhǔn)則、模態(tài)應(yīng)變能指標(biāo)、模態(tài)曲率指標(biāo)、模態(tài)柔度指標(biāo)、模態(tài)剛度指標(biāo)等，王柏生等【9】就青馬大橋、汀九大橋分別對(duì)多個(gè)損傷指標(biāo)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析研究，2003年Kim等引入誤差指標(biāo)，提出基于頻率、位移模態(tài)的梁式結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別法；②模型修正法，這是研究得較為成熟的一種方法；③靈敏度分析法，周先雁等用“殘余向量”識(shí)別了混凝土桿系結(jié)構(gòu)的損傷部位，再進(jìn)行加權(quán)靈敏度分析，以確定損傷程度，Kim和Bartkouicz兩步法的第二步也是用設(shè)計(jì)靈敏技術(shù)識(shí)別具體損傷構(gòu)件的位置和程度；④反分析法，該類方法實(shí)際上是最優(yōu)化問題，有兩種誤差函數(shù)一方程誤差型、輸出誤差型，u【10】等利用最優(yōu)化方法進(jìn)行了桁架結(jié)構(gòu)的損傷診斷，易偉建等利用遺傳算法仿真模擬了懸臂梁、連續(xù)梁、框架等結(jié)構(gòu)任意構(gòu)件發(fā)生損傷的情況；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，國(guó)內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷診斷進(jìn)行了大量研究，2003年Sahin、Shenoi將頻率和曲率模態(tài)相結(jié)合，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法診斷懸臂梁式結(jié)構(gòu)損傷。上述方法對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)都有其不足：目前的損傷指標(biāo)法只能識(shí)別出損傷的大概區(qū)域；模型修正法一般需要比較完備的測(cè)試數(shù)據(jù)，否則也只能找到損傷的大概區(qū)域；靈敏度分析法和反分析法的設(shè)計(jì)變量不能太多，否則難以實(shí)現(xiàn)；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不能太龐大，否則難以收斂。現(xiàn)有的損傷指標(biāo)法是結(jié)合有限元模型分析結(jié)果，根據(jù)實(shí)測(cè)模態(tài)數(shù)據(jù)，利用結(jié)構(gòu)損傷前后動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化構(gòu)造合適的損傷指標(biāo)，用以判別損傷的存在、位置或程度。目前常用的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別指標(biāo)主要有兩類【10】:①相關(guān)弱化型，是以結(jié)構(gòu)損傷前后相關(guān)系數(shù)弱化為度量的損傷識(shí)別指標(biāo)，包括位移模態(tài)坐標(biāo)保障準(zhǔn)則和應(yīng)變模態(tài)坐標(biāo)保障準(zhǔn)則；②極差型，包括結(jié)構(gòu)損傷前后的固有頻率差、模態(tài)阻尼差、位移模態(tài)差、應(yīng)變模態(tài)差、模態(tài)應(yīng)變能差、剛度矩陣差和柔度矩陣差等。李德葆等研究得到六種損傷識(shí)別指標(biāo)靈敏度由低到高次序?yàn)椋航Y(jié)構(gòu)位移模態(tài)振型、固有頻率、位移頻響函數(shù)、曲率模態(tài)振型、應(yīng)變模態(tài)振型、應(yīng)變頻響函數(shù)【11】，應(yīng)變型指標(biāo)比位移型指標(biāo)對(duì)損傷具有更好的識(shí)別能力。2.1位移類損傷指標(biāo)位移類損傷指標(biāo)法包括坐標(biāo)模態(tài)確認(rèn)準(zhǔn)則、模態(tài)曲率準(zhǔn)則、模態(tài)柔度指標(biāo)、模態(tài)應(yīng)變能指標(biāo)。一些學(xué)者亦稱“模態(tài)曲率”為“曲率模態(tài)”。該方法基本思想認(rèn)為結(jié)構(gòu)作彎曲振動(dòng)時(shí)，對(duì)于每一個(gè)彎曲位移模態(tài)，必有一個(gè)對(duì)應(yīng)的曲率模態(tài)。和應(yīng)變模態(tài)推導(dǎo)相似，曲率模態(tài)也具有正交性。模態(tài)曲率指標(biāo)一般適用于面型結(jié)構(gòu)或梁型結(jié)構(gòu)。模態(tài)曲率與彎曲剛度有關(guān)，如果結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破損，則破損處剛度降低，而位移模態(tài)曲率便會(huì)增大。模態(tài)曲率的變化隨著損傷量的增大而增大。因此，可根據(jù)模態(tài)曲率的變化確定損傷發(fā)生的位置，這種方法以模態(tài)曲率作為定位參數(shù)。1991年，Pandey等通過計(jì)算研究了簡(jiǎn)支梁、懸臂梁模態(tài)曲率變化與損傷的關(guān)系。1999年，清華大學(xué)鄧焱、嚴(yán)普強(qiáng)做過類似計(jì)算，并通過位移模態(tài)的差分運(yùn)算求取模態(tài)曲率。2002年，昆明理工大學(xué)李功宇和鄭華文對(duì)懸臂梁進(jìn)行了數(shù)值仿真模擬，利用曲率模態(tài)進(jìn)行了損傷識(shí)別，定義了曲率模態(tài)振型幅值突變系數(shù)，利用該系數(shù)診斷結(jié)構(gòu)損傷程度。該方法不足之處是需要非常鄰近的測(cè)點(diǎn)，以便利用中心差分法求取模態(tài)曲率。這就要求有足夠密的測(cè)點(diǎn)，或精度非常好的插值擴(kuò)階模態(tài)，否則將增大模態(tài)曲率的誤差。近年來，一些研究者應(yīng)用模態(tài)柔度的改變量對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別，發(fā)現(xiàn)模態(tài)柔度比固有頻率或位移模態(tài)對(duì)局部損傷敏感。Raghavendrachar和Aktan通過對(duì)一個(gè)三跨混凝土撟的數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)研究證明了該特點(diǎn)；Pandey和Biswas采用柔度改變量作為損傷識(shí)別指標(biāo)，他們對(duì)簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明柔度差方法對(duì)單位置損傷有很好的識(shí)別能力，但對(duì)多位置損傷識(shí)別效果不好；Zhao和DeWolf將固有頻率和模態(tài)振型與模態(tài)柔度進(jìn)行了靈敏度分析對(duì)比，也證明了模態(tài)柔度比固有頻率和模態(tài)振型對(duì)損傷敏感。基于模態(tài)應(yīng)變能變化的無損檢測(cè)方法是由Stubbs和Kim等1995年提出的，模態(tài)應(yīng)變能方法同時(shí)利用模態(tài)參數(shù)和有限元信息，其基本原理是利用結(jié)構(gòu)早期損傷前后應(yīng)變能發(fā)生變化的差值或離散單元模態(tài)應(yīng)變能變化率作為無損檢測(cè)指標(biāo)，假定結(jié)構(gòu)振動(dòng)變形以彎曲變形為主。Cornwell等將梁式結(jié)構(gòu)應(yīng)變能理論推廣到板式結(jié)構(gòu)，采用數(shù)值仿真和模型試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，該方法無需對(duì)模態(tài)進(jìn)行質(zhì)量歸一。應(yīng)變能方法已應(yīng)用于橋、板和懸臂結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別。有人又提出了結(jié)構(gòu)單元模態(tài)應(yīng)變能的概念，給出了基于單元模態(tài)應(yīng)變能變化率的結(jié)構(gòu)早期損傷位置的識(shí)別方法，在定性分析基礎(chǔ)上進(jìn)一步確定損傷程度。雖然該方法靈敏度稍高，但不足之處是需要結(jié)構(gòu)有限元模型。2.2應(yīng)變類損傷指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部損傷會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷區(qū)域附近應(yīng)變發(fā)生顯著變化，應(yīng)變模態(tài)從而也發(fā)生顯著變化，因此可根據(jù)應(yīng)變模態(tài)進(jìn)行損傷診斷。基于應(yīng)變模態(tài)的損傷指標(biāo)識(shí)別法有：絕對(duì)變化量指標(biāo)、相對(duì)變化量指標(biāo)、應(yīng)變模態(tài)差的變化率指標(biāo)、坐標(biāo)應(yīng)變模態(tài)確認(rèn)準(zhǔn)則、彎矩指標(biāo)、廣義應(yīng)變比能指標(biāo)。周先雁等應(yīng)用應(yīng)變模態(tài)方法對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別進(jìn)行了初步嘗試，針對(duì)兩種工況，通過應(yīng)變頻譜曲線，直接獲取前二階共振頻率處的應(yīng)變幅值。根據(jù)鋼筋混凝土損傷狀態(tài)下的動(dòng)應(yīng)變相對(duì)完整狀態(tài)下的變化量進(jìn)行損傷定位。應(yīng)變模態(tài)差的變化率指標(biāo)意義是某一位置發(fā)生損傷時(shí)，應(yīng)變模態(tài)改變量一階導(dǎo)數(shù)在該位置有突變。任權(quán)采用該法對(duì)壓力管道進(jìn)行了損傷識(shí)別。2003年，劉文峰、柳春圖提出廣義應(yīng)變比能概念，利用廣義應(yīng)變比能定位損傷，在測(cè)試數(shù)據(jù)充分的情況下可大致判斷損傷程度。劉文峰、柳春圖認(rèn)為：若結(jié)構(gòu)是完好的，則廣義應(yīng)變比能趨勢(shì)和理想振型趨勢(shì)相近；如果結(jié)構(gòu)有損傷，則在損傷截面及其附近，由于抗彎剛度減少，相應(yīng)的廣義應(yīng)變比能要增大。當(dāng)某處廣義應(yīng)變比能突然增大時(shí)，即可認(rèn)為此處存在損傷，極大值處即為損傷部位。該方法不適用于損傷位置或程度未知的實(shí)際結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)損傷直接指標(biāo)法目前所涉及的損傷指標(biāo)法大多數(shù)是基于位移類模態(tài)，基于應(yīng)變模態(tài)的損傷指標(biāo)法雖然克服了敏感性低的缺點(diǎn)，但就當(dāng)前的理論基礎(chǔ)及技術(shù)而言，應(yīng)變類損指標(biāo)法大多數(shù)只能用于損傷定位，且普遍存在一個(gè)致命的弱點(diǎn)，即需同時(shí)利用結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)數(shù)據(jù)。模態(tài)數(shù)據(jù)的獲得只能通過試驗(yàn)或計(jì)算兩種方法，對(duì)于既有結(jié)構(gòu)物，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)、資金等因素所限，往往缺少損傷前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。此外，存在設(shè)計(jì)資料不全、施工離散性、材料及邊界條件等問題，計(jì)算假定也難以與實(shí)際結(jié)構(gòu)相符，計(jì)算誤差通常掩蓋了損傷對(duì)模態(tài)參數(shù)的影響，得到損傷前的精確狀態(tài)非常困難。所以，以上方法大多局限于實(shí)驗(yàn)室或數(shù)值模型中，難以在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。針對(duì)上述不足，提出無原始模態(tài)數(shù)據(jù)下（直接根據(jù)損傷狀態(tài)）基于損傷應(yīng)變模態(tài)差分（StrainModeShapeDifference）原理的損傷位置直接指標(biāo)法。損傷位置、程度直接指標(biāo)法尤其適用于未安裝健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于突發(fā)事情造成的結(jié)構(gòu)損傷，諸如交通事故、超載以及地震泥石流等地質(zhì)災(zāi)害等，無法得到損傷前或相對(duì)健康狀態(tài)下的模態(tài)數(shù)據(jù)，而應(yīng)用無健康狀態(tài)下的損傷位置程度直接指標(biāo)法能進(jìn)行損傷診斷。由于混凝土結(jié)構(gòu)在成型過程中會(huì)留下細(xì)觀缺陷，同時(shí)抗拉性能差，承載后拉應(yīng)力區(qū)會(huì)形成連續(xù)分布的細(xì)觀裂紋并擴(kuò)展。當(dāng)應(yīng)力超過某一數(shù)值后，材料的剛度下降，彈性模量降低，即抵抗變形的能力下降。根據(jù)X射線（或超聲波）測(cè)試結(jié)果可知，一般當(dāng)應(yīng)力超過材料強(qiáng)度值的50%后，材料損傷隨應(yīng)力（或應(yīng)變）的增加而迅速增大。及時(shí)檢測(cè)并發(fā)現(xiàn)破壞前的剛度降低或小裂紋位置，是防止事故發(fā)生的有效措施之一。其包含基于應(yīng)變模態(tài)差分原理的損傷位置直接指標(biāo)法和基于局域應(yīng)變模態(tài)面積的損傷程度直接指標(biāo)法。應(yīng)用現(xiàn)狀及原因分析振動(dòng)模態(tài)分析技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、精密機(jī)床等領(lǐng)域的故障診斷、荷載識(shí)別和動(dòng)力學(xué)修改等問題中，在我國(guó)，該方法在機(jī)械故障診斷和樁基檢測(cè)中的應(yīng)用也較多。近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作，證明了用環(huán)境激勵(lì)法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力測(cè)試的可行性，為結(jié)構(gòu)損傷敏感參數(shù)的選擇積累了理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，開發(fā)了各種基于頻率、振型、曲率振型、應(yīng)變振型等模態(tài)參數(shù)的損傷檢測(cè)和定位技術(shù)。在處理方法上，探尋了MAC法、COMAC法、柔度矩陣法、矩陣攝動(dòng)修正法、非線性迭代法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，這些方法各具特色，在局部的范圍內(nèi)均取得了積極的效果。這種方法在建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)應(yīng)用還比較少，距離系統(tǒng)的目標(biāo)尚有一定距離，主要原因有:建筑結(jié)構(gòu)的不確定性和復(fù)雜的工作環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)反應(yīng)造成了不利的影響。建筑本身是一個(gè)由多種材料、不同結(jié)構(gòu)組合而成的大型綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)各個(gè)成分應(yīng)力狀態(tài)、易損性不一，剛度動(dòng)力特性相差甚大如果直接從振動(dòng)模態(tài)分析技術(shù)出發(fā)，籠統(tǒng)地用某種單一的動(dòng)力特性變化指標(biāo)去考察整體結(jié)構(gòu)的狀態(tài)和損傷情況，顯然是難以得到預(yù)期效果的。在振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中缺乏有效的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法，難以利用較少的傳感器來獲取全面、精確的結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，而且布設(shè)的測(cè)點(diǎn)不一定對(duì)模態(tài)參數(shù)的變化特別敏感，這對(duì)早期界構(gòu)的整體探傷造成困難。環(huán)境因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響很大。另外，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降以及構(gòu)件預(yù)應(yīng)力損失所引起的應(yīng)力重分布都不可避免的對(duì)振動(dòng)模態(tài)分析產(chǎn)生消極的影響，使損傷導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的變化淹沒在其中，這也是當(dāng)前振動(dòng)測(cè)試中響應(yīng)量值對(duì)感興趣的結(jié)構(gòu)參數(shù)不敏感的原因。振動(dòng)模態(tài)分析技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別領(lǐng)域具有廣泛的前景，雖然前人已經(jīng)做了大量的研究工作，但這些研究在建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估的研究開發(fā)中尚處于基礎(chǔ)性的探索，為實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)損傷的準(zhǔn)確檢測(cè)，還需做進(jìn)一步的研究。基于振動(dòng)模態(tài)分析方法的研究現(xiàn)狀和建筑結(jié)構(gòu)本身的特性，為提高建筑結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的準(zhǔn)確性，應(yīng)具體做以下幾方面的工作:開發(fā)傳感器的最優(yōu)布設(shè)技術(shù)，使得所布測(cè)點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的變化最為敏感；使得在含噪聲的環(huán)境中能夠利用盡可能少的傳感器，獲取全面、精確的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)信息，以便對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的準(zhǔn)確識(shí)別。努力提高各種實(shí)驗(yàn)測(cè)量機(jī)械的精度、信號(hào)處理器的除噪技術(shù)和實(shí)驗(yàn)人員的整體素質(zhì)。結(jié)語(yǔ)本文對(duì)近年來國(guó)內(nèi)外在線性位移實(shí)模態(tài)、復(fù)模態(tài)、廣義模態(tài)理論等方面的研究進(jìn)行了簡(jiǎn)要的綜合分析和介紹。由于筆者能力有限，所以介紹的還不怎么清晰。本文還介紹了模態(tài)理論在損傷診斷上的廣泛應(yīng)用，雖然前人已經(jīng)做了大量的研究工作，但這些研究在建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估的研究開發(fā)中尚處于基礎(chǔ)性的探索階段。參考文獻(xiàn)管迪華?模態(tài)分析技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996AllemangRJ,BrownDL.Experimentalmodalanalys