钢筋混凝土组合梁的损伤诊断实验研究

为探寻不同状态下U形钢板-混凝土组合梁的动力性能及其在结构状态评估中的应用,本文对3根组合梁进行了分级均布静力加卸载试验,期间卸掉荷载后,进行脉冲锤击激励条件下的动力测试,采用模态分析软件Mescope对测试中记录的传递函数(TRF)进行计算得到模态参数,总结了组合梁的动力性能特点,舍去了振型在支座位置幅度较大的重复模态,选择相对稳定的模态参数作为评估依据,组合梁中钢和混凝土的粘结作用较强时,频率较高而阻尼系数较小,相反粘结作用较弱时,频率较低而阻尼系数较大.结果表明:模态参数有一定的离散性,频率和阻尼比随构件状态变化规律比较明显,可作为结构损伤指标,相对稳定的模态振型随构件状态的变化极其微小,对结构损伤指示作用不大,可用来判断真假模态.     

非平稳环境激励下模态参数识别的连续时间AR方法

针对受非平稳高斯随机激励下的线性时不变系统,基于连续时间AR模型,提出了一种时域模态识别的新方法,这种方法仅从响应数据就能够识别系统的物理参数．为了对参数进行估计,把结构动力学方程看作一个连续时间AR模型,并给出了它的状态空间形式,其中的状态方程就是一个随机微分方程;接着利用在非常短的时间段内均匀调制函数接近于一个常数矩阵的事实,得到均匀调制函数的估计;然后再利用Girsanov定理,得到物理参数的精确极大似然估计;最后进行特征分析,从而实现线性系统模态参数的识别     

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.     

随机波浪作用下圆沉箱防波堤的动力分析模型

首次将随机波浪荷载应用于圆沉箱防波堤的动力分析, 并将其动力运动过程分为摇摆和摇摆-滑移运动两种运动模态. 引入了控制侧向滑移的阻滑板-阻尼器系统, 提出了一种新的摇摆-滑移动力分析模型, 建立了相应的运动方程. 根据圆沉箱结构的特点提出了附加质量等动力参数的计算公式以及新的地基刚度系数转换关系. 利用Fortran语言环境编写程序, 按此动力模型和方法对工程实例进行计算, 计算结果表明了本模型和方法对随机波浪荷载作用下圆沉箱防波堤动力响应的数值求解的可行性和有效性.     

不同激励频率比下复合模态振荡的结构特性分析

研究多频激励下不同激励频率比时快慢耦合系统的各种复合模态振荡的动力特性及其产生机制.以广义BVP(Bonhoffer-van der Pol)耦合电路为例,通过引入两个电压源控制的电路模块,建立了具有双周期激励的五阶动力模型.选定适当的参数,使得两个激励频率均远小于系统的固有频率,以此考察不同激励频率比下系统的快慢动力学行为.将两个外激励项转化为一个慢变量表达形式,从而将系统分为快慢耦合两子系统.分析了快子系统的平衡点及其分岔条件,探讨了不同激励频率比对复合模态振荡结构的影响,得出系统可能产生原点中心对称,轴对称和非对称的复合模态振荡.给出了系统在6组激励频率下的不同复合模态振荡行为,并进一步揭示了其相应的产生机理.     

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.     

润扬大桥斜拉桥实测响应的 小波包分析及其环境变异性研究

将环境荷载激励技术与小波包分析技术相结合, 提出了环境激励下基于小波包能量谱的大跨斜拉桥结构损伤预警方法. 在此基础上对润扬大桥斜拉桥结构的实测加速度响应进行了小波包分析, 详细地考察了环境激励下斜拉桥实测小波包能量谱及其损伤预警指标的环境变异性. 分析结果表明, 实际环境条件(交通荷载、环境温度和台风荷载)与斜拉桥实测小波包能量谱存在较为明显的相关关系, 主要表现为环境温度的变化对小波包能量谱的影响是长期性的趋势, 而交通荷载和风荷载的影响则由于荷载的非平稳性呈现瞬时的颤动变化. 实测数据的分析结果进一步表明, 基于小波包能量谱的结构损伤预警指标 ERVD能够敏感地表征环境温度和台风激励对润扬大桥斜拉桥振动特性的影响. 因此, 结构损伤预警指标ERVD适合于环境振动测试下的大跨斜拉桥结构的实时损伤预警.     

水垫塘反拱底板静动力耦合分析及安全评价

泄水建筑物水垫塘底板稳定是实现泄洪消能防冲的关键所在,反拱底板工作条件复杂,其受力和破坏过程表现为高度非线性、耦合性．针对工程实践中所关注的水垫塘反拱底板安全问题开展了系统的研究．揭示了反拱底板在复杂工作条件下的受力机理和失稳模式;研究了水垫塘内的水动力荷载特性;基于粘结滑移、非线性接触理论,提出一种适用于反拱底板结构体系的非线性耦合静动力分析方法,该方法可反映水动力荷载-底板-锚筋-基岩（拱座）的耦合作用和底板结构失稳的动态过程．该方法充分考虑了多种非线性因素及静动力耦合效应,全面揭示了水垫塘反拱底板的工作条件、受力机理、失稳动态过程、影响稳定性的关键因素．     

GTD模型联合参数估计与定阶的Bayes方法

将基于Bayes原理的参数估计与定阶方法应用于GTD模型，设计并实现了基于RJ-MCMC方法的GTD模型联合参数估计与定阶算法．该算法利用GTD模型的物理约束先验信息，提高了定阶准确率和参数估计精度，同时较好地解决了GTD模型中的混合参量估计问题．通过仿真数据和电磁散射数据对算法的性能进行分析验证，结果表明，该算法能够得到较好的参数估计和定阶结果，在低信噪比、邻近分量、短数据的情形下，优势更为明显．     

Rayleigh波斜入射下层状场地中凸起地形的三维响应分析

采用间接边界元法研究了层状场地中凸起地形对斜入射Rayleigh波的三维响应问题.该间接边界元方法结合层状半空间中移动斜线均布荷载动力格林函数基本解,克服了传统边界元法中的奇异性问题,刚度矩阵运算的引入则避免了对土层交界面和自由地表的离散,使得该方法具有很高计算精度的同时对复杂边界有着很好的适应性.通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀半空间和基岩上单一土层中凸起地形为例,分别在频域和时域内进行了计算分析,研究了Rayleigh波的斜入射角度、入射频率、凸起的截面形状、凸起的高度、特别是Rayleigh波的频散和多模态特性对地面动力响应的影响.研究表明层状场地中由于Rayleigh波存在频散和多模态特性,使得凸起表面的动力放大效应与均匀场地情况存在明显的差别,层状场地高阶模态(二阶以上模态)凸起水平位移幅值放大谱与第一阶模态存在很大差异,呈现窄频放大,峰值频率处凸起顶部附近位移幅值非常大,且峰值频率与对应有效阻尼比峰值频率一致.     

基于POD-Observer技术的非定常气动力建模方法

基于本征正交分解（POD）结合观测器（Observer）技术,发展了一种新的适合于气动弹性分析的非定常气动力降阶方法.通过全阶系统行为的样本采用POD方法导出一组流体模态.将POD训练的全阶响应投影到流体模态上,得到模态幅值的响应时间历程.经由deadbeat观测器处理,这些训练数据用于识别模态幅值动态系统的Markov参数.采用特征实现算法基于上述的Markov参数构建系统的状态空间模型.算例选取了亚声速流场中的二维翼型系统.结果表明降阶模型复现了全阶系统的主要动态特性,极大缩减了原系统的自由度数量并且显著提高了计算效率.     

基于累积变形演化状态控制的高速铁路基床结构设计计算方法

实现长期循环荷载作用下基床结构累积变形有效控制是建造高速铁路的技术难点之一.基于高速铁路无砟与有砟轨道路基承受列车动荷载特征,提出和完善了用于基床结构设计的荷载作用模式;根据循环荷载作用下土工填料累积变形演化状态的分类及阈值判别准则,结合室内单元结构填土模型试验,获得了级配碎石基床填料变形状态演化的阈值参数.以设计荷载条件和填料设计参数为基础,针对无砟与有砟轨道对基床变形状态控制的不同要求,采用结构分析原理,构建了基于累积变形演化状态控制的高速铁路基床结构设计计算方法,确定了无砟与有砟轨道基床结构累积变形分别满足快速稳定和缓慢稳定的状态控制要求,以地基系数K30值表征的关键参数指标.研究成果为实现高速铁路基床结构由构造设计向状态控制定值分析转变奠定了基础.     

地震荷载下露天矿边坡动力稳定性模拟分析

以某风积土边坡为研究对象,通过对模型进行简化,研究了静荷载和动荷载荷载作用引起风积土的边坡静力安全系数、边坡动力安全系数、屈服地震系数以及破坏类型和动力稳定性判别,探讨了该边坡在地震荷载作用下产生的动力稳定性问题.研究结果表明,地震荷载作用下此类边坡会因风积土液化而产生流滑破坏.应用 ADINA软件对此边坡在地震荷载作用情况下进行了模拟,获得了动荷载作用前后的位移与应力变化关系和此边坡的动力动力安全系数.据此判别出该边坡在 EICentro波动荷载作用下会因风积土液化而产生流滑破坏.该研究结果对风积土边坡的动力稳定研究具有重要的参考价值     

基于模态分析的酒杯型输电塔线耦联体系基频近似计算

针对《建筑结构荷载规范》和电力部门给出的输电塔架基频计算方法各不相同问题,基于ANSYS软件建立不同高度的酒杯型输电塔架有限元模型,通过模态分析得出结构基频并与规范计算结果比对。结果表明:利用梁杆组合单元建立的输电塔架模型参数与实际较吻合;考虑导线与塔架间的弱耦合效应,进而利用此模型建立输电塔线耦联体系模型进行分析,得出了适合于实际工作状态的酒杯型输电塔线耦联体系基频近似计算公式。     

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...     

放置于驻点的合成射流控制圆柱涡脱落模式的实验研究

将合成射流同时放置于圆柱前、后驻点位置,利用PIV测速技术,在水槽中进行了合成射流控制圆柱绕流的实验研究.在来流雷诺数、合成射流激励器振幅为固定值的情况下,使合成射流激励频率fe为尾迹涡固有脱落频率f0的1到3倍,应用频谱分析和本征正交分解(Pro-per Orthogonal Decomposition,简称POD)等方法,研究了合成射流对圆柱绕流结构的控制效果.随着激励频率的增加,合成射流的影响范围沿流向逐渐扩大,并且激励频率逐渐取代尾迹涡脱落的固有频率主控全流场.不施加控制以及fe/f0=1,2时,前两阶POD模态分布规律及模态系数的频谱分析均体现出尾迹涡固有的反对称脱落特性.激励频率fe/f0=2,3时,尾迹涡脱落模式的变化以及激励频率的主频特性在第3,4阶模态分布及模态系数变化中得到了很好的体现.激励频率fe/f0=2时,尾迹涡脱落兼有对称与反对称模式;激励频率fe/f0=3时,合成射流涡对在近尾迹剪切层诱导产生对称的尾迹涡结构,但是在向下游发展过程中逐渐演化为反对称模式.     

刚交错桁架结构的抗震性能分析

为研究新型结构体系-钢交错桁架结构在地震作用下的动力特性,首先提出一种新的计算模型--伪空间模型,在通过模态分析和Pushover分析验证了由伪空间模型研究钢交错桁架结构横向抗震性能的可行性之后,对10层、15层和20层钢交错桁架结构分别进行IDA分析,并通过分析结构的动力响应,评估其抗震性能,研究成果对分析钢交错桁架结构的动力特性具有一定意义.     

运载火箭动力学建模中液体推进剂模拟技术

针对以往火箭结构动力学分析过程中,横向采用梁模型、纵向采用弹簧-质量模型无法反映捆绑火箭纵向与横向、纵向与扭转模态之间耦合效应的问题,提出了基于梁模型的推进剂模拟方法,建立了以附加质量形式表示的液体推进剂耦合质量矩阵.将此方法用于串联式贮箱结构的动力学建模和模态分析,实现了基于梁模型的火箭纵向、横向和扭转一体化建模及动力学特性分析,为研究捆绑火箭纵向-横向、纵向-扭转模态之间的耦合问题奠定了基础.     

基于EMD和LSSVM的滚动轴承故障诊断

滚动轴承故障的特征信号具有非平稳性,处于较低频带内,并且容易被噪声所淹没、难以检测,在现实条件下很难获得大量故障样本。针对滚动轴承故障信号的这些问题,提出了经验模态分解(EMD)和最小二乘支持向量机(LSSVM)结合的滚动轴承故障诊断方法。使用经验模态分解,将故障特征信号分解为若干个固有模态函数之和,提取特征向量,训练最小二乘支持向量机,通过对N205型号的滚动轴承实验数据的验证,表明了该诊断方法获得较高的准确率,能有效识别滚动轴承的故障类型。     

冲击荷载作用下CRTSⅢ型板式轨道-路基系统动力特性研究

应用ABAQUS有限元软件建立CRTSⅢ型板式轨道-路基动力分析模型,计算了在落轴冲击荷载作用下CRTSⅢ型板式轨道-路基系统的动力响应,并将仿真计算结果与试验结果进行了对比,验证了模型的可靠性.在此基础上,研究了扣件刚度、路基基床弹性模量、自密实混凝土弹性模量以及长期服役状态下混凝土弹性模量的降低对轨道-路基系统动力特性的影响规律.结果表明:扣件刚度对各部件振动加速度影响较大,路基基床弹性模量对其影响较小;轨道结构在服役过程中混凝土弹性模量的降低会引起轨道板加速度有较大的增幅,应引起重视.