第36卷第2期2023年4月振动工程学报JournalofVibrationEngineeringVol.36No.2Apr.2023利用模态应变能变化率的结构损伤识别优化方法缪炳荣，张盈，黄仲，张哲，杨树旺（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031）摘要:针对结构损伤识别过程中存在的定位精度和量化分析不足的问题，提出一种基于结构振动响应的模态应变能变化率与优化技术相结合的损伤识别方法。利用两步法确定可疑损伤单元及对其损伤程度进行量化分析。通过有限元法建立结构的损伤特征模型，且利用单元模态应变能变化率指标构建损伤指标优化分析的目标函数。数值分析过程中，利用粒子群优化算法与遗传算法对设计变量进行优化分析。同时比较模态应变能变化率与小波分析两种方法下的损伤定位的量化分析效果和识别效率。在实际算例中，利用梁结构进行损伤识别优化方法的结果验证。结果证明该方法能够显著提高结构振动损伤和定位的有效性。该方法不仅能够快速和精准地进行结构损伤量化分析，比小波方法具有更好的定位效果，而且能够提高量化分析的识别效率。但该方法在实施过程中的定位精度容易受到噪声的影响，通过优化目标函数可在一定程度上提高该结构损伤识别方法的抗噪能力。关键词:损伤识别；模态应变能；小波变换；有限元；算法优化中图分类号:U270.1+2文献标志码:A文章编号:1004-4523（2023）02-0477-10DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2023.02.019引言轨道车辆在极端服役环境和各种不确定因素（振动、温度、湿度等）的影响下，其关键部件经常会产生振动疲劳和各种裂纹萌生及扩展的结构损伤事件。按照结构动力学理论，结构损伤识别（Structur⁃alDamageIdentification，SDI）也称结构损伤检测（StructuralDamageDetection，SDD），属于动力学正逆混合问题［1］。损伤定位和量化分析主要根据结构部件的振动响应（加速度、位移、应力应变信号等）求解系统的特征参数（固有频率、模态振型等）的变化。随着未来铁路智能运维策略的不断发展和实施，车辆与基础设施（线路、桥梁、隧道等）的结构振动损伤识别技术的工程应用需求已经变得十分迫切［2］。小波方法由于具有多分辨率的特点，被很多学者应用于结构损伤识别过程中。一般方法是对结构模型的模态振型结果进行变换，通过小波系数的极值差进行结构的损伤定位与量化分析。但是小波方法在对结构振型数据分析时，由于边界条件等不确定因素的影响容易使得识别效果有时并不理想。小波方法是根据损伤导致结构模型产生细...
