圆截面梁在现代机械、土木、桥梁、航空等领域具有广泛的应用,在服役的过程中,若不能及时检测到裂纹或忽视裂纹的影响,圆截面梁在交变载荷、振动载荷、疲劳等因素的作用下可能发生疲劳断裂问题。本文以圆截面悬臂梁为研究对象,以模态特性为损伤指针,结合等高线法提出了两种基于模态特性的圆截面梁损伤识别方法。论文的主要贡献如下:首先,基于Euler-Bernoulli弹性梁理论和线弹性断裂力学,推导了圆截面梁在受到纯拉伸、纯弯曲、纯剪切作用下的应力强度因子表达式,结合卡式定理和有限元方法,将梁的裂纹单元简化为弹簧结构,计算了裂纹单元和无损单元的局部柔度系数,根据梁的静平衡条件推导了梁单元的刚度矩阵,深入探讨了材料参数与裂纹参数对裂纹单元刚度矩阵的影响。随后,建立了圆截面悬臂梁的运动微分方程,计算了不同裂纹位置比、裂纹深度比和裂纹位置差之比对单裂纹和双裂纹圆截面悬臂梁的模态频率、弯曲模态振型和转角模态振型的影响。紧接着,以转角模态振型的突变值作为损伤识别指针,提出了一种基于模态振型突变值的圆截面梁损伤识别方法。该方法的基本原理是:将圆截面悬臂梁的每一个节点的前三阶无量纲转角位移按顺序依次排列,得到一个具有确定规律的无量纲角位移曲线,利用该曲线在裂纹位置处会发生突变的特征,将突变位置的纵坐标值之差与等高线法相结合,绘制圆截面悬臂梁各裂纹工况下的前三阶突变值响应曲面,以所测试件的前三阶突变值做三个平面分别与曲面相交得到对应的等高线,得到的等高线相交于一点的横坐标即为裂纹位置比,纵坐标则为裂纹深度比。结果表明:该方法可识别圆截面悬臂梁的裂纹数量、裂纹位置和裂纹深度,但是,当裂纹数量增加时,识别误差也有所增大。最后,以模态频率作为损伤识别指针,提出了基于频率等高线法的圆截面悬臂梁损伤识别方法。该方法的基本原理是:绘制圆截面悬臂梁在各裂纹工况下的前三阶模态频率响应曲面,以所测试件的前三阶模态频率作平面与曲面相交得到等高线,所得等高线交于一点的横纵坐标即为裂纹位置比和裂纹深度比。为了解决频率等高线法受频率测试精度的制约,提出了频率等高线法的修正方法。结果表明,修正后的频率等高线法对频率测试精度要求有所降低,而且该方法对裂纹位置识别较为精准,识别误差低至3.78%,但是当裂纹较小时,识别误差最高可达52.00%。