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本文在直接解析法的基础上，进一步提出结构损伤识别的非线性解析法。它与直接解析法不同之处是：考虑了频率和振型对损伤参数的二阶偏导数项，以此构造损伤参数为未知量的超定非线性方程组。求解该方程组可以一次性得到全部损伤参数值。本方法不仅具有直接解析法的优点，而且由于构建方程组时增加了损伤参数的二次项，极大地提高了损伤识别的精度。最后，通过对一个五层框架结构进行数值模拟分析验证了该方法的可行性，同时经过比较计算结果表明：在损伤识别中，非线性解析法在精度及节省计算工作量上明显优于直接解析法。