基于ANSYS的单跨简支梁钢桥的谐响应分析

王冬丽+袁朝庆

摘要：本文简述了桥梁健康监测的目的和意义。为研究结构的桥梁健康监测的问题，首先，在ANSYS的有限元理论和实验室实验基础上，建立了应对实验室模型的有限元模型，用ANSYS软件进行模拟。通过向中跨中加瞬时激力，对不同的钢桥损伤模型做和谐响应分析，揭示了频率振幅图，从这些图可以发现“峰值”反应。我们可以识别不同的伤比较索引值和变化的速度。

Abstract： The purpose and meaning of bridge health monitoring is sketched in this paper. In order to study the bridge health monitoring problems， first of all， a finite element model for simply supported steel beam is set up on the basis of the Finite Element Theory and the software ANSYS in response to laboratory experient. ANSYS software is used for simulation. Through adding instantaneous excitation to the mid-span， Harmony Response analysis are done for different steel bridge damage models， to reveal the frequency amplitude diagrams， from which we can find the "peak" response. We can identify the different injury by comparing the index value and the rate of change.

关键词：健康监测；和谐响应分析；响应；识别损伤

Key words： health monitoring；harmony response analysis；response；damage location

中图分类号：U441+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）17-0131-02

0 引言

桥梁是国家的生命线工程，是国家经济发展必要的基础设施，在生产和生活中占有非常重要的地位和作用。通过桥梁结构的健康监测，发现早期不安全隐患，采取桥梁修复措施，大大降低了桥梁养护和维修成本，避免最后因为频繁检修，必须关闭交通造成重大的经济损失。总之，桥梁健康监测利国利民，具有十分重要的意义。基于当前桥梁建设[1]，本文在橋梁结构损伤识别方面做仿真研究。

1 建模和处理

简支梁钢桥：576×48×5mm，材料是钢Q235，损伤的类型是截面削弱。使用ANSYS仿真建模，尺寸如图1所示。点1、2、3、4按照测试通道位置，分别从左端点75mm，235mm，360mm，504mm；选择中点F为加载点的；裂纹位置点W（参考：图1），距离左边点135mm。点1、2、3、4、F、W都位于模型表面的中线。

该模型采用三维实体建模，参数设置如下：

弹性模量：2.01e11pa，泊松比：0.3，质量密度：7800kg/m3。

在裂缝的部分将网格加密。左节点的极限位移全自由度方向，右端限制UY方向上的位移。分别建立了三个不同损伤的仿真模型：第一个是无损梁，第二个有1mm宽、1mm深裂缝位于距离左端135mm处，第三个有3mm深的裂缝。创建的ANSYS模型图如图2、3。

2 ANSYS动态和谐响应分析

谐波响应分析是一个稳态响应技术，用于确定线性结构在承受载荷变化的正弦波形。负载输入指定一个完整的谐波负载需要输入三个信息：振幅：2N；相位角：0；强制频率范围：4～60Hz。谐响应分析结果见图4～15。

3 结论

由表1，我们可以看到随着损伤的增大，幅值变化程度随之加大。通过振幅变化可以看出最大值在W位置裂缝处，说明可以识别损伤位置。另外，1位置距离损伤最近，与其他部位相比，振幅变化相对是最大的，符合实际损伤情况。由表2的变化率比值可以看出3毫米损伤梁是1毫米损伤梁幅值变化率5倍以上，我们可以判断损伤程度。说明该方法可以判断损伤位置和损伤程度。

参考文献：

[1]胡广书.数字信号处理-理论、算法与实现[M].北京：清华大学出版社，1997.

[2]刘昌领，陈建义，李清平，仇晨，罗晓兰.基于ANSYS的六缸压缩机曲轴模态分析及谐响应分析[J].流体机械，2012（08）.

[3]刘昌领，罗晓兰.基于ANSYS的六缸压缩机连杆模态分析及谐响应分析[J].机械设计与制造，2013（03）.