● 摘要
金属结构在长时间的使用过程中，由于其本身材料的老化、所处环境的腐蚀破坏以及持续载荷疲劳效应，不可避免的出现各种损伤。如果这些损伤不能被及时发现，就可能导致结构突发性破坏，甚至造成灾难性事故。因此探索一种行之有效的方法能够对结构损伤进行快速识别，对于保证结构安全运行、减少或避免灾害性事故具有重要的意义。
本文面向金属结构损伤识别，以损伤模式匹配法为切入点，针对其损伤情况在实际中难以全部获得的问题，通过对金属结构常见损伤特征的抽象和提炼，提出了虚拟损伤特征的概念，并基于此研究了一种损伤识别的方法。主要工作包括以下几个方面：
第一，虚拟损伤特征的定义和应用。分析常见金属结构及其损伤，对各种损伤形式下产生的损伤特征进行几何抽象，用最基本的几何图元来近似描述损伤特征，将其定义为虚拟损伤特征。对虚拟损伤特征的类型、图集以及应用进行了阐述。
第二，虚拟损伤仿真模型的建立。虚拟损伤特征是面向金属结构有限元模型的，利用ANSYS的参数化程序设计语言APDL建立金属结构参数化的有限元模型。初始有限元模型与实际结构存在误差，通过模型修正和模型验证对有限元模型进行校准，得到金属结构虚拟损伤仿真模型。
第三，损伤识别方法的策略和流程的制定。策略是面向损伤定位，探讨损伤定量和损伤类型识别；流程包括虚拟损伤设计的思路、结构状态指标的定义、结构模式数据库的建立、结构状态指标相似度和匹配度的计算方法、结果的统计处理和特征提取方法。
第四，损伤识别试验验证。结合一金属平板结构对本文提出的损伤识别原理和方法进行了实测试验验证，证明了本文提出的损伤识别方法对金属结构损伤定位的有效性，同时对金属结构的损伤定量和损伤类型识别方法和效果进行了分析。
第五，损伤识别演示平台设计与实现。设计并实现了一简易金属结构损伤识别演示平台，阐述了平台的功能和使用流程，并结合金属平板结构的实际损伤进行了演示。
基于虚拟损伤特征的金属结构损伤识别方法，有效的解决了损伤模式匹配法中损伤情况难以全部获得的问题，同时将结构的损伤识别变成了数据的搜索和匹配，经实测试验证明了本文损伤识别方法的有效性。