NOFRFs频谱散度Bootstrap分析法辨识旧零件内部损伤

旧零件内部损伤的检测与辨识是再制造工程的关键热点问题。针对旧零件内部损伤的非线性,采用锤击法激励旧零件,获取输入/输出信号,进而估算旧零件的多阶非线性输出频率响应函数NOFRFs,并构建反映NOFRFs频谱差异度的散度指标(divergence index,DI)作为敏感故障特征量来实现对旧零件内部损伤的检测与辨识。为了提高统计分析精度,引入Bootstrap方法对敏感故障特征量进行统计分析。首先,估算不同状态的系统NOFRFs;然后,计算NOFRFs散度指标DI,并利用Bootstrap方法对其进行统计分析,获取指标的均值DI和置信率为95%的样本区间;最后,计算被测零部件的DI',并依据DI'所落的样本区间,推断被测零部件的损伤情况。将该法应用于不同使用时长的旧连杆的损伤检测中,结果表明,能以95%的置信率推断被测连杆的工作时长为296 h,实查为288 h,准确率较高。该研究为实际工程中旧零件内部损伤程度的检测及识别提供了一种全新的有效方法。     

风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁系统耦合振动分析模型.以某大跨度钢桁梁桥为例,计算了静风及脉动风荷载的不同作用效应、风速及车速变化对桥梁位移极值的影响及桥梁几何非线性因素对结构分析的影响.结果表明,进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用,风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响,桥梁的线性及非线性位移时程曲线存在明显区别.     

移动车辆加载下梁桥挠度影响线识别与损伤诊断方法

为了解决桥梁实测时程响应中存在结构动力成分与车辆多轴效应干扰的问题,提出一种基于挠度影响线识别结果的简支梁桥损伤诊断方法。首先,通过变分模态分解与小波变换法对桥梁时程响应进行预处理,以实现桥梁实测响应动力成分剥离,进而建立多轴车辆信息矩阵和影响线识别模型,从而剔除桥梁实测响应中车辆多轴效应,采用Tikhonov正则化方法识别出桥梁准静态挠度影响线,最后利用影响线差值曲率指标对桥梁损伤进行定位。研究通过两轴和三轴车辆移动加载下的车桥耦合模型验证所提方法的可行性与有效性。研究表明：所提两种影响线识别方法有效、可靠,影响线识别效果受车速和车型的影响较小,其中变分模态分解方法在车辆高速行驶下识别桥梁影响线用于损伤诊断效果更佳。     

考虑环境因素影响的动态法桥梁损伤识别

如何考虑因环境条件变化而引起的结构动力特性的变异性是动态法桥梁损伤识别中的一个难点.文中利用非线性主成分分析技术,提出一种新的桥梁结构损伤识别方法.首先通过构建自联想神经网络对无损结构在不同环境条件下识别得到的单元刚度样本集作非线性主成分分析,建立反映环境因素影响的非线性变换模式.然后,将未知状态结构在不同环境条件下识别得到的单元刚度样本集输入所构建的网络,通过对网络输出与目标间的网络输出残差作统计分析,实现损伤识别与定位.最后以一座简支梁桥为例进行数值仿真分析,验证了所提出方法的有效性.     

池州长江大跨度公路斜拉桥极限承载力分析

池州长江公路大桥为主跨828 m的双塔非对称混合梁斜拉桥。文章根据通车前荷载实验数据建立该桥的基准有限元模型,在此基础上,基于极值点失稳概念,从初始平衡构型出发进行极限承载力分析;研究几何非线性、材料非线性以及不同活载分布对桥梁极限承载力的影响;分析在不同活载分布下桥梁结构的失效路径。结果表明：大跨度斜拉桥的极限承载力取决于各构件的材料非线性行为,并且由斜拉索的材料非线性控制;同时考虑几何与材料双重非线性的极值点失稳概念计算得到的极限承载力更加符合实际。     

撮合交易机制下的阻塞管理模型与算法

针对撮合交易运行规则的电力市场,建立了撮合交易机制下的阻塞管理模型.该模型以安全再调度调整购电费用最小为目标函数,以各发电机组对过载支路的灵敏度和功率修正量组成约束条件,利用拉格朗日乘子和松弛因子建立增广目标函数,把有约束非线性规划问题转化为无约束非线性规划问题.在求解方法上采用了拉格朗日求极值的方法.通过6节点系统分析计算,验证了所提算法的正确性和有效行.     

基于激光超声二次谐波法检测混凝土早期损伤

针对混凝土结构易产生早期损伤积累等问题,提出了一种激发窄带超声波的热弹性强度调制激光技术的内部损伤混凝土试件损伤情况的检测评估方法.借助有限元仿真法,模拟激光激励非线性细观损伤混凝土模型产生超声应力波,对混凝土模型表面接收点的位移信号进行频谱分析并计算相对非线性系数,建立相对非线性系数与材料宏观力学性能的关系,从而检测混凝土的早期力学性能退化情况.在此基础上,搭建了压电超声二次谐波试验系统和敲击共振基频检测系统,建立了不同配合比混凝土材料非线性系数β'与混凝土动弹性模量Ed的指数回归方程.研究表明,所提方法具有非接触性和灵敏度高等优点,能为实现混凝土早期损伤评估提供有力依据.     

预应力混凝土梁桥火灾损伤分析与评定

为了分析火灾后预应力混凝土梁桥结构损伤,评定灾后桥梁安全性,本文根据应急管理要求,制定了火灾后混凝土梁桥检测评定工作流程,归纳了重点和难点。首先,通过火场调查、混凝土外观检查和烧失量检测,推定构件表面最高温度。然后,采用有限元法分析桥梁构件温度场,并探讨不同温度下混凝土材料性能损伤劣化规律,提出火灾后混凝土构件截面损伤等效代换方法,给出了截面损伤量化公式。最后,结合桥梁静载试验结果,对火灾后预应力混凝土梁桥安全性能进行评定。结果表明:三面受火下混凝土T梁马蹄处温度场成指纹线分布,且温度沿着深度方向成非线性递减,有限元法计算得到的梁体表面温度与外观检查、烧失量推定结果基本一致。当量升温时间为60 min时,混凝土损伤沿表面深度逐渐递减,预应力钢筋工作性能未发生明显改变,火灾对梁体整体刚度影响不大。本文所提出的构件温度场检测分析方法和截面损伤等效计算方法可为类似桥梁火灾后检测评估提供参考。     

基于Copula模型的机翼结冰飞行风险定量评估方法研究

结冰条件下飞行风险定量评估可以为飞机结冰适航验证提供参考指标。提出了极值理论与Copular模型相结合的机翼结冰条件下风险定量评估方法。基于人 机 环复杂动力学模型进行蒙特卡罗仿真实验,提取了关键飞行参数（空速、滚转角和迎角）极值。利用辨识得到的参数进行拟合优度检验,验证了Joe Copula模型能够较为准确描述三维极值参数联合分布形式。通过建立的风险概率判据计算了飞行风险概率,分析表明结冰风险事件往往伴随着飞行安全关键参数不同程度的超限和耦合影响。所提方法可为结冰条件下的飞行风险定量评估和预测管控提供理论参考依据。     

火灾后预应力混凝土小箱梁桥承载能力评估

预应力混凝土桥梁火灾事故时有发生,火灾产生的高温对桥梁造成不同程度的损伤,影响梁体的承载能力和正常使用,快速评估火灾后桥梁承载力成为关键问题.以某火灾后预应力混凝土小箱梁桥为例,采用科学高效的检测手段,依据火灾后桥梁构件的损伤特征,提出简便实用的承载能力评估方法,为桥梁后续处置提供科学依据.     

基于环境振动信号的框架结构震后损伤识别

提出了一种新的损伤指标用于框架结构的震后损伤识别.以环境振动作为激励信号,采用小波包分解理论,利用框架结构损伤后振动信号的能量在频域内的变化,构建损伤指标DI,并给出了损伤识别流程图.在此基础上,以某钢筋混凝土框架结构为例,设定4种震后损伤工况,对框架结构进行了震后损伤识别分析,探讨了不同楼层、不同类型振动信号对损伤识别效果的影响.结果表明:本文构建的损伤指标DI可以有效识别框架结构的震后损伤,损伤指标DI与损伤程度之间有近似线性的关系;基于较高楼层振动信号的损伤指标值对结构的损伤识别效果较佳;利用速度信号可获得比加速度信号更好的识别效果.     

运营环境下混凝土简支梁桥裂缝的非线性损伤识别

针对混凝土简支梁桥常见的开裂病害,基于改进的Hilbert-Huang变换(HHT)提出裂缝的非线性损伤识别方法。选取曲率曲线型呼吸裂缝模型并将其融入车桥耦合共振系统,以更真实地模拟运营环境下裂缝的非线性开闭现象。引入镜像延拓法和集合经验模态分解法分别改进传统HHT算法的端点发散和模态混叠问题,提取桥梁加速度响应的能量时程曲线,将能量时程曲线尖峰出现时刻和相对幅值比分别作为损伤定位和定量的特征指标,从而建立简支梁裂缝的非线性损伤识别方法。数值算例表明,采用单一传感器便可通过文中方法识别简支梁开裂的部位和程度,为混凝土简支梁的损伤识别提供技术支撑。     

基于马氏距离累积量的斜拉桥主梁损伤识别方法研究

斜拉桥主梁是其运营中最为主要的受力构件,主梁的损伤识别方法研究一直是热点问题。针对结构健康监测数据,提出了一种基于马氏距离累积量的时域损伤识别方法。首先,构造基于马氏距离累积量的结构损伤识别向量,给出了利用监测数据进行损伤识别的操作流程。其次,建立了金塘大桥有限元模型,以正弦力激励的方式获得结构单元在健康及损伤状况下的加速度数据;并利用无损伤状态下的加速度数据作为参考样本,损伤状态下的加速度数据作为待测样本,通过对比损伤识别向量的变化情况进行斜拉桥主梁的损伤识别。最后,针对金塘大桥的实桥监测数据,进一步验证了该方法的有效性。结果表明,基于马氏距离累积量的损伤识别方法可以较为准确的识别斜拉桥主梁的损伤状况。     

基于车桥耦合振动的空心板桥铰缝损伤评价指标分析

铰缝损伤是装配式混凝土空心板桥的典型常见病害,研究基于交通荷载下结构动力响应的铰缝损伤判别方法,将大幅降低检测耗时和费用。以典型桥例,应用自编的车桥耦合振动分析程序,针对多种典型的铰缝损伤工况,采用数值方法系统地分析了铰缝损伤对车载下桥梁动力响应的影响。结果表明铰缝损伤对桥梁跨中动力响应峰值及其横向分布有明显影响。通过对损伤前后桥梁动力响应变化特征的量化分析,提出了铰缝刚度和加速度幅值比两个铰缝损伤的评价指标,并通过算例进行了初步分析验证。研究结果可为空心板桥铰缝损伤检测与评价提供一种新的技术思路。     

环境温度影响下基于频率协整的在线损伤识别

频率作为结构损伤特征参数,在实际工程中容易测得且具有较高的测量精度,但同时也常常受到外界环境和运营条件变化的影响,导致在时间序列上的非平稳,给实际工程的健康监测和损伤判别带来了干扰.为解决此问题,引入计量经济学的协整概念,通过非平稳序列的线性组合得到平稳序列,将因环境因素变化导致的结构特征参数非平稳问题转化为平稳问题.首先,详细介绍了ADF(augmented Dickey-Fuller)检验和EG(Engle-Granger)两步法检验,检验结构特征参数的非平稳阶数并计算协整系数;然后,以一个简支梁为例验证了结构频率序列之间的协整关系,给出了环境温度影响下基于频率协整的在线损伤识别步骤;最后,用预应力钢筋混凝土梁与钢桁架简支桥的算例验证了所提方法的有效性和鲁棒性.     

桥梁预警系统中两种损伤识别方法的对比分析

损伤识别技术是桥梁安全预警系统中的关键内容,损伤识别的方法还决定着整个系统的工作性能。通过对连续箱梁桥的仿真分析,从对损伤的灵敏性、定位的准确性以及对测试误差的抗干扰性三个方面出发,结合理论设定不同的工况对曲率模态法和柔度矩阵法进行综合的对比分析,研究了曲率模态法和柔度矩阵法在桥梁安全预警系统中的适用性问题,为桥梁安全预警系统中损伤识别方法的选择提供了依据。     

基于风载激励下桥梁结构模态参数识别

对桥梁结构长期运营造成的损伤进行检测时,传统的模态参数识别方法需要激振设备和中断交通,不仅复杂而且易给桥梁结构造成新的损伤。依据模态参数的变化可反映损伤程度的原理,提出无需激振设备的基于风载激励下随机减量/ITD法进行模态参数识别的在线检测方法,为桥梁结构损伤识别提供一种新的途径。识别的一阶固有频率及阻尼比的相对误差仅为1.39%和2.3%。     

移动载荷下桥梁速度响应小波分析多裂纹识别

讨论了利用简支梁中点的速度响应进行结构多损伤检测的可行性。首先利用有限元计算了移动载荷作用下桥梁中点的位移和速度响应信号,并比较了梁中点动态响应及小波变换对损伤的敏感性。数值研究表明,损伤对速度响应"Gaussian-5"小波分析较敏感。其次,利用此方法可以较方便地识别出损伤位置,并将小波系数局部极大值作为损伤指标(DI)来估计损伤程度。最后,讨论了不同噪声水平、载荷速度对损伤识别结果的影响,表明该方法具有较好的噪声容忍度;当提高载荷速度时,边界影响增强,不利于损伤定位。     

基于影像及小波变换的桥梁损伤识别

桥梁损伤定位和定量分析是桥梁健康监测的难点,为提高桥梁结构损伤位置识别的精度及准确性,利用位移模态对结构局部损伤的敏感特性,提出基于影像和小波变换的桥梁损伤识别新方法,通过工业相机获取悬臂梁振动形态,利用模版匹配方法提取结构动态位移响应及模态参数,对位移模态进行小波变换,建立小波系数平方差的损伤指标识别结构损伤位置。通过室内悬臂竖梁振动实验,对全域测点的振动衰减信号快速傅里叶变换成功获取了结构的模态振型,与数值模拟结果比较表明试验获得一阶固有频率最大误差为2.202%,二阶固有频率最大误差为3.182%,表明所提方法用于结构位移测量的可行性以及测量精度的可靠性;在此基础上利用小波系数平方差的明显突峰特性可准确识别结构单损伤、多损伤的存在,并能准确定位损伤位置。研究表明,所提方法可以准确识别不同位置、不同程度的单损伤和多损伤,具有远距离、非接触、高精度、高效快捷、可多点监测提升振型空间分辨率等优点,为桥梁结构全域损伤识别提供了一种新方法。