泄流结构流激振动机理及损伤诊断方法研究

The flood discharge excitation is the safe passage of flood in Hydro-Junction. How to effectively detect the damage of the flood discharge excitation, correct assessment of its security and warning timely are very important for the overall security of the Hydro-Junction. In order to solve the current problem in safety monitoring and damage warning in flood discharge excitation, the project intends to combine with model test, prototype observation and finite element method to study on the flow-induced vibration mechanism and damage diagnosis techniques of the flood discharge excitation, research the characteristic of dynamical response of flood discharge excitation under flow load, analysis of the relationship between flow load-flood discharge excitation own power characteristics-response of flood discharge excitation and explain some vibration phenomenon in the actual project causing by discharge incentives; Established a new flood discharge excitation filtering noise reduction and modal parameter identification method based on the analysis of the time-frequency; At the same time, by establishing damage model test, analysis the damage mechanism of flood discharge excitation, study the damage sensitive characteristic features and the relationship between damage and damage sensitive characteristic features in different structure, different failure form and different failure phase by water power and structure dynamic coupling conditions. Explore a reasonable way to diagnose damage degree in a large volume of flood discharge excitation, the current situation of the structure, function and the change tendency of the damage, Providing the basis for safety early warning and health diagnosis for the flood discharge excitation.

泄流结构是水利枢纽宣泄洪水的安全通道，如何有效地检测出泄流结构的损伤程度、正确评估其安全性并及时进行预警，对确保枢纽整体安全是至关重要的。针对当前泄流结构安全监测和损伤预警研究中出现的问题，本项目拟进行泄流结构流激振动机理及损伤诊断技术的研究，结合模型试验、原型观测和有限元计算，研究水流荷载激励下泄流结构的动力响应特性，分析水流荷载-泄流结构自身动力特性-流激振动响应三者之间的关系，解释实际工程中泄流激励引起的振动现象；建立基于时-频分析的泄流结构滤波降噪和模态识别新方法；同时通过建立损伤模型试验，分析泄流结构的损伤机理，研究水动力和结构动力耦合条件下不同结构、不同破坏形式和不同破坏阶段的损伤敏感特征量以及损伤敏感特征量和损伤之间的关系，探求大体积泄流结构损伤诊断的合理方法，进而判别损伤的位置和程度，以及结构目前的状况、使用功能和损伤的变化趋势等，为泄流结构安全预警和健康诊断提供依据。

泄流结构是水利枢纽宣泄洪水的安全通道，如何有效地检测出泄流结构的损伤程度、正确评估其安全性并及时进行预警，对确保枢纽整体安全是至关重要的。针对当前泄流结构安全监测和损伤预警研究中出现的问题，本项目进行了泄流结构流激振动机理及损伤诊断技术的研究，结合模型试验、原型观测和有限元计算，研究水流荷载激励下泄流结构的动力响应特性，分析水流荷载-泄流结构自身动力特性-流激振动响应三者之间的关系，解释实际工程中泄流激励引起的振动现象；建立基于时-频分析的泄流结构滤波降噪和模态识别新方法；同时通过建立损伤模型试验，分析泄流结构的损伤机理，研究水动力和结构动力耦合条件下不同结构、不同破坏形式和不同破坏阶段的损伤敏感特征量以及损伤敏感特征量和损伤之间的关系，探求大体积泄流结构损伤诊断的合理方法，进而判别损伤的位置和程度，以及结构目前的状况、使用功能和损伤的变化趋势等，为泄流结构安全预警和健康诊断提供依据。项目研究内容主要包括4个方面，分别为：1、泄流结构流激振动响应机理研究；2、环境激励下泄流结构模态参数识别方法研究；3、泄流结构水动力学和结构动力耦合损伤识别方法研究；4、传感器优化布置的研究。通过系统的研究，得到了以下研究成果：1、水流荷载的能量分布在一定频率范围内随时间不断发生变化，当结构的低阶固有频率位于水流随机荷载的主频带范围时，结构的响应中会发生随机共振，形成水力拍振现象。2、通过HHT时频分析，从实测振动信号中提取出能够反映泄流结构模态信息的共振响应；而后结合水流激励荷载的特点，研究了NExT+HHT的泄流结构工作性态识别方法；针对密频结构时频分析中容易出现的模态混叠现象，提出了基于伪信号处理技术和HHT相结合的工作性态识别方法。3、研究了基于Jousselme距离和证据可信度的改进方法，改进了D-S证据理论的组合规则。在充分考虑了各证据之间相互关联性的基础上，将各损伤指标的识别结果进行融合决策。4、从水工结构的整体动力特性出发，利用环境激励下水工结构产生的振动响应，研究了新型传感器优化布置技术。研究成果中有3篇SCI检索论文，5篇EI检索论文，1项授权发明专利，达到了当初预期的研究成果。