Structural health monitoring
2023-01-04 结构健康监测 Structural Health Monitoring - 知乎 一些SHM的期刊
- 土木：Topic Cluster TC.514: Structural Health Monitoring; Damage Detection; Modal Analysis
- 机械、航空航天：Topic Cluster TC.520: Guided Electromagnetic Wave Propagation; Structural Health Monitoring; Ultrasonic Waves
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Basic
OMA
实验模态分析 (Experimental Modal Analysis, EMA) 到运行模态分析 (Operational Modal Analysis, OMA)的改变:
| 特征 | 实验模态分析 (EMA) | 运行模态分析 (OMA) |
|---|---|---|
| 激励源 | 已知、可控的人工激励（如力锤、激振器）[3][4] | 未知、不可控的环境或运行激励（如风、交通、设备振动）[9][12] |
| 测试条件 | 通常在实验室或受控环境下进行，结构需要处于静止状态[16][17] | 在结构实际运行工况下进行，无需停机或中断正常运行[16][18] |
| 所需测量 | 同时测量输入（激励力）和输出（响应）信号[8] | 仅测量输出（响应）信号[13][15] |
| 核心函数 | 频率响应函数 (Frequency Response Functions, FRFs)[5][19] | 自功率谱、互功率谱或相关函数[5][8][19] |
| 应用场景 | 适用于小型、可在实验室测试的结构，如汽车零部件、航空航天组件等[14][17] | 适用于大型土木工程结构（桥梁、建筑、大坝）、运行中的机械设备（风力发电机、船舶）等难以施加人工激励的结构[14][16][20] |
OMA劣势：
- 由于激励源未知，模态参数的识别精度可能受到激励信号特性的影响。
- 无法确定模态的绝对缩放比例，只能得到相对的模态振型。
- 存在漏掉某些模态的风险，特别是当该模态在运行工况下没有被充分激励时。
Damage identification
“Most nondestructive damage identification methods can be categorized as either local or global damage identification techniques” (Wei Fan和Pizhong Qiao, 2011, p. 83) (pdf)
- local：例如超声/X光检测技术，需要靠近损伤位置进行测量，不适用于土木/航空等大型设备
- global：the vibration-based method
- natural frequency
- mode shape
- curvature mode shape 振型位移的二阶导数
- both mode shape and frequencies
“Damage identification methods can also be classified as ‘model-based method’ or ‘responsebased method’.” (Wei Fan和Pizhong Qiao, 2011, p. 84) (pdf)
- model-based: 为结构建立一个精细的数值模型用于损伤辨识(✅需要有限元仿真)
- response-based:只依赖结构的试验响应数据(❎无需有限元仿真)
natural frequency，可以通过结构上少量测量点获取，并且很少被试验噪声污染