含片状裂纹焊接钢框架结构损伤诊断及疲劳强度与寿命预测方法研究

Study of sheet crack welded steel frame structure damage diagnosis based on wavelet analysis method and the fatigue strength and life prediction theory, focuses on: (1) using a three-dimensional finite element analysis of sheet crack damage of beam-column dynamic characteristics, establish damage of beam - column modal parameter calculation model, based on wavelet analysis of sheet crack beam - column damage diagnosis method; (2) studying the relation of modal parameter both through crack beam-column and sheet crack beam-column, established with the finite element method and the wavelet analysis combined with sheet crack welded steel frame structure damage diagnosis theory; (3) research sheet crack welded steel frame structure based on fatigue properties, welding process nonlinear transient temperature field finite element numerical simulation of three-dimensional, welding residual stress field distribution law and its influence on the fatigue strength of the mechanism, by means of the theory of critical distance ,put forward to control the steel frame structure of fatigue fracture of the local mechanical parameters model, set up with the crack welding steel structure fatigue strength and the life prediction method. This research project, the welding of the damage diagnosis of steel frame structure with fatigue strength and life prediction of combining, for large welded steel frame structure damage diagnosis and the fatigue strength and life prediction problems to provide a new way, not only can perfect the corresponding theoretical system, but also for related engineering problems in the application of guiding significance.

研究含片状裂纹焊接钢框架结构损伤诊断及疲劳强度与寿命预测方法，重点研究:(1)用三维有限元理论分析含片状裂纹损伤梁-柱的动力特性，建立损伤梁-柱的模态参数计算模型，研究基于小波分析的含片状裂纹梁-柱的损伤诊断方法；（2）探讨含贯通裂纹梁-柱与含片状裂纹梁-柱模态参数之间的关系，建立用有限元和小波分析相结合的含片状裂纹焊接钢框架结构损伤诊断理论；（3）研究含片状裂纹焊接钢框架结构的疲劳特性，通过对焊接过程中非线性瞬态温度场的三维有限元数值模拟，探讨三维焊接残余应力场的分布规律及其对疲劳性能影响的机理，利用临界距离理论，构造控制焊接钢框架结构疲劳断裂的局部力学参量理论模型，建立含片状裂纹焊接钢框架结构疲劳强度和寿命的预测方法。项目将损伤诊断与疲劳预测相结合，为大型焊接钢结构损伤诊断和疲劳强度与寿命预测问题提供新途径，不仅可以完善结构损伤诊断和疲劳预测理论，而且对于相关工程问题的应用有指导意义。

焊接钢框架是钢结构房屋建筑中常见的结构形式之一，由于其具有良好的抗震性能而得到较多的应用。由于结构在焊接过程中往往存在初始缺陷或因受到外荷载的作用而发生损伤，外荷载频繁作用所产生的交变荷载使结构损伤积累，可能导致焊接钢框架发生疲劳破坏，从而产生灾难性的后果，不仅危害人民的生命安全，而且会带来社会财富的巨大损失。因此，研究焊接钢框架结构的损伤诊断方法，并以此为基础预测结构的疲劳强度和寿命不仅具有较大的理论意义，而且对于工程应用有重要的指导价值。本项目研究含片状裂纹焊接钢框架结构损伤诊断及疲劳强度与寿命预测方法，取得了多方面具有科学意义和指导工程应用的研究成果。提出了结构损伤识别的小波—智能算法理论，建立了利用小波分析理论识别结构损伤位置，结合智能算法识别结构损伤程度的两阶段损伤识别理论；分别建立了识别结构损伤位置和损伤程度的小波—神经网络算法、小波—遗传算法、小波—人工免疫算法、小波—人工免疫遗传算法、小波—蚁群算法、小波—鱼群算法、小波—粒子群算法、小波—人工蜂群算法的理论与方法；通过对含单处损伤和多处损伤的简单钢框架、多层复杂钢框架、空间钢框架的损伤位置和损伤程度识别，获得了对工程结构损伤诊断应用有指导意义的结果；构造出控制焊接钢框架结构疲劳断裂的局部力学参量临界距离体积法理论模型，建立了含片状裂纹焊接钢框架结构疲劳强度和寿命的预测方法。给出了焊接钢框架结构在随机荷载作用下的疲劳强度与寿命预测方法。.这些成果的取得可进一步丰富结构损伤诊断理论，可为大型工程结构损伤诊断的深入研究和工程应用提供科学依据。所取得的焊接钢框架结构在随机荷载作用下的疲劳强度与寿命预测理论，可望为大型复杂焊接钢结构在随机荷载作用下的疲劳失效分析参考。