润扬大桥悬索桥小波包能量谱与温度的季节相关性研究

对润扬大桥悬索桥236天的小波包能量谱与温度实测数据进行了季节相关性研究．分析结果表明,润扬大桥悬索桥的小波包能量谱与温度具有明显的季节相关性,其特征频带能量比的日平均值随着温度的季节变化在一年中可以发生平均约200％的变化．在此基础上采用6次多项式模型对小波包能量谱与温度进行了统计建模,并采用均值控制图法对特征频带能量比的异常变化进行了统计模式识别．分析结果表明,运用本文方法可以有效地消除温度的季节变化对悬索桥实测小波包能量谱的影响,较好地识别出结构损伤引起的特征频带能量比10％的异常变化,并且与实测模态频率相比,小波包能量谱更适合于大跨桥梁结构的在线实时损伤预警．     

桥梁健康监测海量数据分析与评估——“结构健康监测”研究进展

详细介绍了国家杰出青年科学基金项目＂结构健康监测＂（项目号：50725828）研究进展.该项目针对桥梁环境荷载和静动力响应等海量监测数据的处理分析与评估迫切需求,并紧密结合大跨斜拉桥和悬索桥的结构特点,系统地研究了大跨斜拉、悬索桥梁服役环境作用监测与效应模拟技术、动力性能监控与异常预警技术以及关键构件状态评估与运营维护技术.主要包括：①基于温度、日常风和台风监测数据提出了大跨桥梁服役环境作用模型与模型参数确定方法,并结合大跨桥梁多尺度基准有限元模拟方法研究了桥梁服役荷载效应模拟技术;②基于振动监测数据建立了大跨桥梁整体动力特性参数以及斜拉桥拉索索力、悬索桥主缆和吊杆内力的在线识别方法,形成了＂环境条件归一化＂的桥梁运营状态监控与异常预警技术;③基于应变、梁端位移等监测数据开展了服役环境下钢箱梁焊接细节疲劳荷载效应、主梁伸缩缝的温度和车载效应分析方法研究,形成了桥梁关键构件服役性能监控和寿命评估技术.     

分布式光纤传感信号特征提取方法研究

本文分析研究了分布式光纤传感信号的三种特征提取方法：MFCC参数特征提取法、小波包能量特征提取法和小波包Shannon熵特征提取法,并且用RBF神经网络分别进行了实验。实验识别结果表明,相比其他两种特征提取方法,小波包Shannon熵特征提取法能产生较好的识别结果。     

大跨悬索桥扁平钢箱梁温度梯度与温度影响研究

对运营中的润扬大桥悬索桥钢箱梁进行了现场温度测试,分析了日照环境作用下正交异性扁平钢箱梁温度场变化规律与分布特征,对于测试数据进行了函数优化拟合与误差分析,提出了一种适合于六角形扁平钢箱梁的温度梯度分布曲线．在此基础上,进行了正交异性扁平钢箱梁的温度效应有限元分析,比较了不同温度梯度模式对于钢箱梁受力特征与应力分布的影响．分析表明：日照环境作用下,扁平钢箱梁结构的热传导具有明显的“箱室效应”特征,实际温度梯度分布与现行规范的规定不符．采用实测温度梯度模式计算得到钢箱梁温度应力大于采用规范温度梯度模式的结果,应力大小与设计车辆荷载作用产生的应力接近．温度荷载作用产生的应力集中主要位于正交异性钢箱梁制造焊缝附近,在设计、施工、研究中应该予以重视．本文的研究可作为现行桥涵设计规范中相关内容的补充．     

地面城市轨道交通环境振动源的反演

地面城轨列车运行引起周边场地环境振动．针对振动源难以直接量测的困境,本文借助工程地震学的反演方法研究轮一轨不平顺的动力激励源．将地表振动的列车．轨道一三维场地耦合动力分析与遗传算法结合,通过待反演量解空间的设置、反演问题目标函数的建立、反问题求解的遗传策略设计等步骤构建了轮一轨不平顺振源函数和轨道结构参数的联合反演方案．依据实际观测数据反演了北京城轨13号线的激励功率谱,结果显示：振源函数在1．2m以上的波长范围反映了轨道不平顺性,在1．2m以下的波长范围表达了车轮的几何与弹性不圆顺．本文强调指出,城轨车速较低,这个短波长段恰恰对应环境振动的主要频带．以轨道谱表达轨道交通环境振动源,1．2m以下短波长的不平顺会被低估,严重影响环境振动主要频率成分的估计．相对轨道谱只反映轨道的平顺状况,轮．轨谱既反映轨道不平顺因素,又包含车轮不圆顺状况,更适合作为城轨交通的振源函数．同时也表明,用地表振动实测数据反演振动源,是定量揭示轮．轨组合不平顺的有效途径．     

基于奇异熵定阶降噪的水工结构振动模态ERA识别方法

针对原型动力试验激励难的问题,结合水工结构在工作状态下环境激励荷载的特点,直接根据水工结构在工作环境激励荷载作用下的动力响应识别结构的动力特性,提出一种利用特征矩阵奇异熵对信号进行降噪、重构、定阶以及模态参数识别的方法,解决了系统特征矩阵定阶难的问题,揭示了结构在工作状态下的模态阶次及模态特性。最后将该方法应用于二滩拱坝在不同泄洪工况下的模态参数识别以及李家峡双排机厂房在停机过程中的结构振动频率识别。该方法的提出,为解决大型水工结构在工作环境激励下的模态参数识别问题提供了捷径。     

多场耦合下基于传递熵的电路板级焊点疲劳寿命模型

针对实际服役条件下电路板级焊点失效引起的电子设备故障问题,基于单一时间因子传递熵方法,建立了振动与温度耦合条件下的焊点非经验疲劳寿命模型.首先,通过分析焊点裂纹萌生前后的能量变化,构建了能够表征焊点结构损伤的平均能量测度指标.其次,根据该指标在焊点微裂纹出现前呈现出的单调性特点,建立了用以评估焊点疲劳寿命的公式.最后,设计振动与温度耦合条件下的焊点加速寿命试验,基于实时获取的焊点结构动态响应信号,验证该模型的准确性与适用性.试验结果显示,该模型能够有效识别焊点的损伤状态,疲劳寿命预测结果误差在1 5%以内.     

H型桥梁断面颤振后能量图谱

利用同济大学自主研发的三自由度随机强迫振动装置,实现了大扭转振幅下桥梁气动力高精度测量,分析了自激力随折减风速和振幅变化的能量演变效应,描述了可预测颤振分岔的能量图谱,提出了一种基于能量演变的桥梁主梁断面颤振后研究策略.以旧塔科马大桥H型主梁断面为例,分析了颤振后形态及其机理,并反演了旧塔科马大桥风毁失稳路径及其可能发展路径.研究发现,桥梁结构颤振响应取决于结构阻尼比、结构刚度及来流风速之间的竞争关系.推荐研究策略可以精确量化主梁颤振及颤振后响应幅值、来流风速和阻尼比依赖关系,并基于能量视角解释了桥梁颤振分岔失稳路径的发展模式,澄清了气动力非线性和结构扭转阻尼比演变对旧塔科马大桥颤振后极限环振动形态的影响机制.     

谐和与随机激励共同作用下振动能量采集系统的响应预测

非线性振动能量采集技术是近年来获得广泛发展且有效的微电子设备供能手段,而各类设备工作的实际环境较为复杂,亟需建立更加贴近其真实服役环境的模型,以便对俘能效率开展准确的预测与分析.周期激励与随机噪声联合激励模型能有效模拟振动能量采集器的真实服役环境,但当前研究常局限于单独的周期激励或随机激励情形.为此,本文利用径向基神经网络方法,分析谐和与高斯白噪声联合激励下振动能量采集系统的瞬态响应.首先,构造由高斯基函数与时变权值系数组成的FPK方程试解;随后,采用有限差分格式离散时间导数项,构造由FPK方程残差和权值系数约束条件组成的损失函数;最后,对损失函数进行最小化,获得最优权值系数矩阵,进而得到系统时变响应概率密度函数的近似解.以单稳态与双稳态系统为算例,验证该求解方案,考察了机电耦合系数及机电时间常数对系统瞬态响应和输出功率的影响,并通过与蒙特卡罗模拟对比验证了理论解析解的正确性.结果表明,系统在所设激励扰动下,其响应概率密度函数的拓扑结构随时间演化有较大改变;调整系统关键参数将会诱导其发生随机跳跃以及随机P-分岔,且关键参数的改变对俘能效率有显著影响.本工作结果对探究能量采集系统的随机动...     

澳门友谊大桥“鹦鹉”台风的湍流特性实测和分析

为了探索、了解登陆台风强风过程的湍流特性和空间相关特性,利用设置在澳门友谊大桥主跨桥中相距30m的两台三维超声测风仪实测的"鹦鹉"台风过程数据,在数据可靠性、代表性判别基础上,采用谱分析、数值模拟和统计等方法,重点分析了"鹦鹉"台风过程的强风时段的平均风速和风向特征、湍流强度、湍流积分尺度、湍流功率能谱、空间相关系数和相干函数等.实测数据分析发现:(1)同步观测的两台测风仪获取的台风过程平均和湍流风特性变化均具有很好的一致性,台风的过程风速呈"M"型双峰分布,大于8级强风的风向转换了122°方位角;(2)台风眼壁强风区纵、横和垂直向湍流强度之比为1:0.96:0.36,与规范推荐的1:0.88:0.5相比,横向湍强更大,垂直向湍强较小;(3)台风眼壁强风区积分尺度增大,"鹦鹉"表现在其中心经过前的强风区湍流积分尺度是非台风风况的2倍左右;(4)脉动风空间相关性、相干函数曲线和衰减系数在台风过程的不同时刻存在显著差异,台风眼壁强风区水平向脉动风的空间相关性较强,水平空间相关谱随频率的衰减速度较慢,相干函数的衰减拟合系数C值最小为4.67,小于规范下限值;台风中心经过时刻衰减系数最大为27.75,也较规范给出的上限值大.上述"鹦鹉"的强风特征参数,部分地表征了台风强风的湍流和空间相关特性.     

内燃机车司机室隔振性能优化研究

柴油机与发电机动态激励是内燃机车的主要激振源之一,其激起的振动通过车体底架传递至司机室,引起司机室振动,设计科学合理的司机室隔振结构与参数对提高司机室结构可靠性与乘坐舒适性具有良好的理论指导意义与工程实用价值.本文针对某型内燃机车司机室隔振问题,建立了机车司机室6自由度动力学理论模型;结合隔振原理、能量解耦原理、生物遗传算法建立了机车司机室隔振优化分析方法,获得了司机室隔振参数的合理配置方案;最后,通过有限元法仿真分析了实测柴油机与发电机激振下隔振参数改进前后的司机室振动响应,验证了提出的隔振方案的有效性.     

我国城市轨道交通环境振动影响的研究现况

明确给出了交通环境振动的一般强度、频率与传播特征.分析了城市轨道交通环境振动问题的12个主要影响因素,总结了目前我国正在研究的8个主要方面和面临的3个主要问题,即行业标准与评价方法、振动传播与辐射噪声的预测以及减隔振技术工程的实施.作为当前城市轨道交通发展最快、规模最大的国家,我们必须开展交通环境振动相关标准的基础性研究工作,完善相应的规范编制;深入开展列车振动、道路交通振动振源输入谱及其传播计算方法的理论研究工作,结合大数据及云计算技术,推动交通环境振动预测的可视化进程;促进轨道交通行业在项目可行性研究、初步设计及工程实施的全过程中,将交通环境振动的综合减振降噪优化工作纳入其方案规划、线路布局、产品准入、结构设计以及工后验收评估等关键工作环节中.     

桩基应力波检测的小波分析

论证了小波分析应用到桩基完整性检测上的理论根据. 运用波绕射理论阐明了桩中各种缺陷的反射脉冲频谱发生变化的机理. 模型桩实验和大量工程桩检测结果证实了理论分析的正确性. 提出了定量评估桩身损坏程度的小波分析方法. 给出了描述反射信号频谱变化的特征指标. 利用这些指标可以划分桩损伤程度的等级, 并给出了它们的临界值. 这些特征指标还可用于识别缺陷的类型.     

高温下钢筋混凝土梁抗冲击性能的细观数值分析

结合混凝土细观结构特征,考虑高温下钢筋和混凝土细观组分力学性能退化行为及材料的应变率效应,建立了钢筋混凝土梁细观数值分析模型,研究了高温经历时间和落锤冲击能量对钢筋混凝土梁抗冲击性能的影响.主要分析了高温下钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下的破坏过程、冲击力时程、支座反力时程和跨中位移反应.研究结果表明:细观数值模型由于考虑了细观组分的非均质性,获得了较为合理的温度场分布;随着加热时间的增加,混凝土梁在冲击荷载作用下破坏更加严重,冲击力持续时间和跨中最大位移增大,但是冲击力峰值减小;随着冲击能量的增大,钢筋混凝土梁的剪切破坏更加严重,冲击力峰值增大,跨中最大位移随冲击能量增大而线性增加.     

电子束辐照下钛酸锶钡薄膜的子能量损失谱研究

实验发现在较高电流密度的电子束照射下(电流密度约为2nA/cm2),BST薄膜有辐照损伤现象发生.原位实时记录的Ti和O的电子能量损失电离边峰强度比和相对位移的变化表明:损伤过程主要表现为薄膜失氧及其导致的正离子化学价态的变化.具高空间分辨的电子能量损失谱研究证明:相对于具有完整晶体结构的柱状晶晶粒内部,有着特殊结构和化学环境的柱状晶晶粒边界是失氧的主要途径.     

国家游泳中心子结构模型损伤识别试验研究

为对复杂空间结构进行损伤识别, 在损伤定位向量法的基础上, 提出了基于测点区域的损伤识别方法, 并引入归一化损伤定位指标判定损伤区域. 对国家游泳中心“水立方”子结构模型的两种损伤状态进行了识别试验. 采用力锤激励, 实测了子结构模型损伤前后的加速度响应, 利用特征系统实现算法对加速度响应进行模态参数识别, 采用基于测点区域的识别方法对子结构模型损伤区域进行判定. 结果表明, 所用方法能够有效定位损伤区域.     

电子束辐照下钛酸锶钡薄膜的电子能量损失谱研究

实验发现在较高电流密度的电子束照射下(电流密度约为2 nA/cm²), BST薄膜有辐照损伤现象发生. 原位实时记录的Ti和O的电子能量损失电离边峰强度比和相对位移的变化表明: 损伤过程主要表现为薄膜失氧及其导致的正离子化学价态的变化. 具高空间分辨的电子能量损失谱研究证明: 相对于具有完整晶体结构的柱状晶晶粒内部, 有着特殊结构和化学环境的柱状晶晶粒边界是失氧的主要途径.     

一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤模型

基于连续损伤力学理论和边界面概念,建立了高速铁路无砟轨道混凝土结构在循环荷载作用下的疲劳损伤模型.模型在主坐标系中采用了拉压两个边界面,根据加载面与极限断裂面、边界面之间的位置关系来计算高速铁路无砟轨道混凝土结构在复杂应力状态下的损伤,并由累积损伤与应变能释放率之间的关系确定循环加载中极限断裂面的变化规律.通过将该理论模型嵌入有限元软件ABAQUS的用户材料子程序UMAT,与同类模型进行比较验证了模型的可行性.最后对高速铁路双块式无砟轨道支承层进行了循环动荷载作用下的疲劳累积损伤分析.结果表明该模型不仅能够较好地反映支承层在循环荷载作用下疲劳损伤非线性演变规律,还可以展现其疲劳损伤分布形态的全过程,为研究高速铁路无砟轨道混凝土结构的疲劳损伤与寿命预测,提供了可行的理论分析方法.     

高速列车转向架载荷谱测试与建立方法的研究

提出了载荷谱建立须遵循的损伤一致性准则,给出了适用于复杂结构的载荷谱建立方法,进行了载荷谱损伤一致性校准．同时以目前世界实际运营最高速度（350km/h）的京津客运专线新动车组转向架构架为研究对象,结合客运专线运营全工况构架载荷和构架疲劳关键部位应力的实测数据,建立了350km／h高速动车组新车转向架构架在京津客运专线运营条件下的载荷谱．     

高速铁路无砟轨道疲劳检算轮载的动力学分析

应用列车-线路耦合动力学理论及仿真软件,分析了高速运营线路轮轨系统动力学响应并与实测结果进行了验证.在此基础上,采用我国典型高速车辆及无砟轨道结构,系统分析了高速铁路无砟轨道不平顺谱对轮轨动作用力大小及统计特性的影响规律.结果表明,列车-线路耦合动力学方法可以比较准确地模拟高速行车条件下轮轨动力相互作用,取百分位数75的无砟轨道谱作为激励输入可用于评估轮轨系统动力相互作用及高速行车安全性和舒适性,高速铁路无砟轨道结构的疲劳检算取为静轮重的1.5倍是合理的.