结构健康与检测实验室

一、简介：   

　　结构健康监测与检测实验室是我所2009年新建的关于结构损伤分析方面的试验研究机构。其主要专业特长为：利用监测和检测手段获取结构静、动态响应信号及环境信息，结合对结构力学特性的综合分析，实现对结构内部损伤程度与分布状况的实时在线评估。它作为力学方面的新的学科增长点，在研究内容方面涉及了固体力学、结构动力学、损伤力学等学科共同关注的前沿领域，在技术方面吸纳了传感器设计、利用与信号采集、处理与分析技术的综合结晶，与传统的损伤检测技术相比具有在线、动态、实时监测与控制的功能优势；作为服务于工程应用的新技术，将在工程结构安全管理、降低结构安全维护成本，减少结构运行与建造费用，预测结构老化状态以及减灾、防灾方面发挥不可替代的重要作用。同时鉴于SHM实验室在结构动力学和疲劳、断裂力学分析与试验研究方面的坚实基础，它自然肩负了结构振动试验、分析与控制和结构疲劳断裂分析与寿命评估等方面的研究任务以及解决与该领域相关的工程实际问题的职责。

二、基本设备概况：  

　　本实验室已初步建立起一套基本的结构健康检测与监测试验设备，组成如下：

1、模拟加载装置

　　（1）试验件固定与加载基础：由承载能力为150T的剪力墙和钢质T型槽基础以及加载支架联合组成。

　　（2）单点或多点（频率范围5—2000HZ）电磁式振动激励与控制系统。包括SD2400型振动激励与控制设备，YE5874A型功率放大器及YE5872型功率放大器各二台，JZK—50型（激振力500N）、JZK—20型（激振力200N）及JZK—10型（激振力100N）振动激励器各二台

　　（3）LBT—100型微机控制电液伺服多点协调加载结构疲劳试验机,行程±100mm，频率范围0—50HZ，作动力为100KN和40KN。以上设备可进行正弦、随机以及波形预设等多类型激励，从而可进行地震力、波浪力、海冰力、路面谱等多种载荷及常规振动模拟和SHM试验。

2、测量设备    

　　测量设备按光电测量为一体，接触测量与非接触测量相结合的原则进行配置，可进行力、应变、位移、速度、加速度等多种力学参量及温度等物理量的测试。主要测量设备有：

　　（1）加速度传感器，总数量68只，包括通用型、高温型、低频高灵敏度型及三向合一型等不同功能的传感设备。

　　（2）力传感器20只。

　　（3）非接触式位移传感器20只。

　　（4）多通道动态应变仪。

　　（5）光纤Bragg光栅（FBG）波长解调仪，波长分辨率1PM，采样频率250HZ。

　　（6）锤击式冲击力测量设备。

　　（7）激光测振设备。

3、数据采集处理设备（36通道）及分析软件。  

　　DASP－V10数据采集分析系统，其中的PXI－4472B采集器为8通道并行，24位AD，最高采样频率可达102.4KHZ；分析软件中包括基本模态测量分析及polyLSCF，EFDD/PPM/PZM等模块。 

三、基本功能及当前所从事的研究工作：   

1、基本功能

　　（1）依据已有的加载、测量及分析设备的支持，可针对大尺度的缩比构件或小型构件通过模态分析等方法及计算机反演的途径，对构件的损伤进行初步的识别分析，给出损伤程度和分布状况。

　　（2）通过锤击法及多点激励法测量小型结构或构件的模态。

　　（3）应用现有测量设备可进行大中型结构、动力机械或设备的振动状态测量与分析，实施有效的振动控制。

　　（4）借助FBG传感技术或应变测试技术进行构件的应变模态试验分析。 

四、进一步规划：  

　　在现有基础上，SHM实验室将在现有基础上以发展的角度作出下述相关内容的进一步规划。

　　1、 以大比尺结构缩比模型和真实结构的关键部件为研究对象，为SHM研究工作的开展提供完善的综合型实验条件。在加载方面逐步实现多点激励的实时同步控制，在测量方面实现声、光、电的综合同步测量。以求多角度地采集与结构损伤相关的各类物理参量，为损伤的评估分析提供充分、多样的信息。

　　2、 加强损伤识别的分析研究工作，提高信号识别技术和反演分析的理论水平，系统研究结构在服役过程中的损伤演化规律、破坏路径及前兆等。

　　3、 在逐步完善的SHM试验装置功能及理论分析水平的基础上大力促进力学所结构力学、损伤力学、实验力学等基础学科的发展，为之提供关键的实验装备和数据。

　　4、 借助现有大型计算软件，逐步建立相关的结构损伤分析和评估软件系统，以多种信息为基础进行结构的安全预警和失效预测研究。

　　5、 结合国家重大工程建设项目开展服务于结构工程设计与运行安全的试验分析研究，如海洋工程中的振动监测与控制，飞行器结构强度高许用值设计，飞机关键部件的疲劳分析与检测，大型桥梁损伤识别与寿命评估等。

　　6、为力学所参与承担的新型战机预研、高超声速飞行器结构设计、新型海洋平台设计等研究与应用提供先进的技术手段。

　　7、 实验室向全国工程和研究界开放，承接SHM及结构力学实验与分析任务。通过模拟试验分析与工程实际相结合，使SHM分析技术达到国际先进水平，进一步在土木、航空、航天、海洋领域推广应用。

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