[发明专利]基于刚体位移分解的局部振型识别方法

说明书

本发明属于工程结构技术领域。一种基于刚体位移分解的局部振型识别方法，通过对构件模型进行模态分析，获取各阶振型的节点总位移云图，提取j阶振型中i单元的节点位移向量{d_ji},并基于四节点正方形单元的刚体位移基向量[B_r],获取j阶振型中i单元的相对刚体位移向量{d_rji}，并作出构件模型在该阶振型x方向、y方向、xoy平面上的刚体位移分解谱，进一步得出相对基本刚体位移分解谱，构建构件模型在j阶振型各方向上的局部系数β，从而判定在该阶振型的各方向上是否发生局部振型。本发明能够对结构或构件的局部振型进行精细识别，通过结构或构件的不同自由度上的相对刚度分布，确定相对刚度不足或薄弱的区域，进而指导结构或构件的相对刚度设计。

技术领域

本发明属于工程结构技术领域，具体涉及一种基于刚体位移分解的局部振型识别方法。

背景技术

构件是工程结构的基本组成部分，构件的变形分析时确保构件结构安全性和实用性的重要手段。目前，构件的变形分析方法包括有限元应力应变分析法和实验分析法等。在构件的有限元应力应变分析中，通过有限元计算，可得到单元节点的线位移值，进而可得到构件单元的应变值，包括正应变和切应变等；实验分析可通过安装位移计、粘贴应变片或埋设光纤光栅等方法得到构件上某点的线位移或应力、应变等。基于正交分解理论的平面构件变形分解方法则可直观及定量地给出构件上各个部位主要的基本变形类型和分布情况，以及拉压、弯曲、剪切等不同基本变形分量的比例。

构件的振型是构件变形的基向量。在结构振型的识别方面，现有的主要方法为质量参与系数法及其衍生的方法，通过对平面构件不同方向的参与系数进行比较，对平面构件的弯曲、拉压等振型类型进行判别，对振型定性描述。基于正交分解理论的振型识别法可直接将平面构件的振型分解成x方向拉压、剪切等基本振型，对各种振型的类型进行量化识别，特别是对平面构件的剪切振型、耦合振型等进行量化分析。

对于构件的整体振型和局部振型的判断识别，是实现对构件的受力性能考量的重要标准。现有局部振型识别的方法或针对于特定的结构类型，或为宏观整体性判别，难以形成为普适性方法，无法实现精细的识别，不能够直观合理的确定相对刚度不足或薄弱的区域，不能够实现指导结构或构件相对刚度的设计需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种能够有效识别构件局部振型，并指导工程结构的整体刚度和动力刚度满足工程需要的基于刚体位移分解的局部振型识别方法。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种基于刚体位移分解的局部振型识别方法，包括以下步骤：

①通过有限元软件对构件模型进行模态分析，获取各阶振型的节点总位移云图；

②提取j阶振型中i单元的节点位移向量{d_ji},并基于四节点正方形单元的刚体位移基向量[B_r],获取j阶振型中i单元的相对刚体位移向量{d_rji}，则其中：式中：b₁、b₂、b_g分别为针对四节点正方形单元，采用正交分解法构造并获取x方向的刚体位移的基本变形向量、y方向的刚体位移的基本变形向量和xoy平面的刚体转动位移的基本变形向量；其中r₁、r₂和r₃分别为j阶振型中i单元的x方向的相对刚体位移、y方向的相对刚体位移和xoy平面的相对刚体转动位移；

③获取构件模型的j阶振型中所有单元的相对刚体位移向量，并依此分别作出构件模型在该阶振型x方向、y方向、xoy平面上的刚体位移分解谱，得出该阶振型在各方向上的振型相对位移值和该振型相对位移值所对应的单元个数的直方图，从而实现振型的刚柔分离；

④对j阶振型的刚体位移分解谱进行分析，识别构件模型在各个方向是否发生局部振型。