基于不完备静态数据的结构损伤两阶段识别方法

在结构损伤识别中,由于实测数据有限而待识别参数过多,往往导致传统的结构损伤识别方法判断损伤位置不准确或损伤程度识别误差较大,从而限制了其在复杂结构中的应用.将基于静态应变能的损伤定位指标和基于有限元缩聚法的损伤程度计算相结合,提出了一种两阶段的结构损伤识别方法.该方法利用损伤定位指标对结构可能的损伤位置进行定位,在确定可能损伤位置的基础上,利用模拟退火算法求解损伤状态方程,从而确定损伤程度.为验证该方法的有效性和可靠性,分别对5单元超静定、13单元静定和10单元超静定平面桁架的损伤识别进行了数值模拟.结果表明,该方法不仅可有效地识别出结构的损伤位置和程度,而且对测量噪声具有较强的鲁棒性.     

考虑节点柔度的空心圆钢管桁架的简化分析模型

焊接圆钢管桁架在节点部位存在明显的局部柔度现象,在进行有限元分析时要精确模拟这种节点局部柔度就需要采用3D实体或壳单元模拟整个管桁架结构,这导致有限元分析的计算量大、效率低,不利于在工程设计中采用。为了简化计算过程,通常使用常规梁单元模拟钢管构件,并将管节点部位模拟成刚接形式。这种简化方法虽然提高了计算效率,但是却无法模拟出节点局部柔度导致的变形。为了解决这个问题,在常规梁单元模型基础上,在节点部位引入一个虚拟梁单元(Fictitious Beam Element,FBE)模拟节点的局部变形。虚拟梁单元的刚度可通过以往对管节点柔度研究所提出的参数公式进行等效。为了验证这种简化模型的准确性,对由T型管节点和Y型管节点组成的管桁架进行参数分析,共计算了12个管桁架模型,对这些管桁架模型分别采用3D有限元模型、常规刚接梁单元模型以及所提出的虚拟梁单元模型进行分析。研究结果表明:常规刚接梁单元模型会过低估计管桁架的变形,而采用虚拟梁单元模型则可以高精度地计算出管桁架的变形。     

基于结构状态方程的结构参数和荷载识别方法

基于结构状态方程进行结构参数和荷载的共同识别。以结构参数修正因子为优化变量,由测得的结构动态响应结构和构造的系统矩阵计算相应的未知荷载。通过最小化实测结构响应与给定的修正因子下的计算结构响应间的距离来识别未知量。其中给定修正因子的系统矩阵由虚拟变形方法构造,并通过一个桁架结构的数值算例验证了该方法的有效性。     

基于振动的结构损伤识别

把单元刚度修正系数作为待识别参数，综合考虑了各结构参数对结构损伤的影响，并运用条件优化方法对单元刚度修正系数进行计算，计算了结构损伤时各单元的损伤因子，通过损伤因子即可对单元的损伤情况进行评估，经过实例运算验证了其对结构损伤的敏感性和有效性．     

结构损伤识别的柔度灵敏度方法

 提出了结构损伤识别的柔度灵敏度方法。首先根据Neumann级数展开来推导结构柔度矩阵关于单元刚度损伤参数的灵敏度公式,以此为基础建立结构的损伤识别方程,通过矩阵拉直运算将矩阵方程转化为线性方程组来求解各单元损伤参数。指出了柔度矩阵灵敏度方法优于特征对灵敏度方法的几个显著特点。最后用一个桁架结构模型对所提方法作了验证。     

基于全息视觉测量的钢混组合结构损伤识别试验研究

对一片钢混组合试验梁依次开展不同损伤工况下的加载试验,利用全息变形视觉测量试验装置获取试验梁全息图像信息数据,基于结构全息边缘轮廓线提取算法计算分析全息图像信息数据以获得试验梁在不同损伤工况下的全息变形.以结构初始全息变形数据和结构目标全息变形数据作为输入,运用改进的BP神经网络算法反演试验梁刚度矩阵的退化,求解单元刚度矩阵折减系数的全局最优解,并以结构单元刚度矩阵折减系数作为损伤表征因子,实现对目标结构损伤状态的识别.试验结果表明:基于结构全息变形数据和BP神经网络的结构损伤识别方法对损伤具有较强判别性,试验梁不同程度、不同位置损伤工况的测试识别结果与试验结果基本一致,试验梁损伤位置及程度平均识别精度为92.6%,为后续研究奠定了基础.     

基于结构响应向量与支持向量机的桥梁损伤识别方法

针对基于结构动静态响应的损伤识别方法研究不够深入、结构动态响应对噪声比较敏感,从而极大影响损伤识别效果的问题,提出一种基于结构响应向量(SRV)与支持向量机(SVM)的损伤识别方法,引入主成分分析(PCA)提高方法的抗噪性,并利用简支梁和实际桥梁模型验证方法的有效性。结果表明,基于结构动静态响应组成SRV的识别效果和计算效率更优,结合PCA可以提高方法的抗噪性,并且能在所需响应信息更精练的基础上对实际桥梁模型进行良好的损伤识别。     

混凝土梁结构损伤识别理论与试验研究

基于模态应变能理论,得到能用于混凝土梁结构损伤的识别指标.假定结构存在不同位置和不同程度的损伤,运用数值计算及试验所测数值结果,得到梁损伤前后的前五阶模态,然后再运用计算机软件编程计算结构的各单元的损伤指标.数值模拟及试验结果表明,损伤指标在损伤单元处的数值是最大的.因此,采用本文提出的损伤指标,对混凝土梁结构进行损伤定位识别是可行的.     

齿板滑移对轻型木桁架挠度的影响

以齿板连接轻型木桁架为研究对象,研究了齿板滑移对木桁架各结点位移的影响。采用有 限元分析方法,运用弹簧的串联原理将两个虚拟变刚度单元及一根实体杆单元整合为等效刚度杆件单元,建立单元刚度矩阵和整体刚度矩阵,再运 用普通桁架的计算理论来计算引入变刚度单元模拟齿板连接的受力情况及位移情况。根据以上原理用Fortran90编制了齿板连接木桁架MPT Design设计程序,并根据木结构试验规范要求通过木屋架试验验证该程序的正确性。     

基于结构柔度灵敏度的损伤定位

在结构柔度矩阵的基础上,提出了一种结构的节点柔度灵敏度和单元柔度灵敏度的计算方法.利用计算出的柔度灵敏度构造损伤定位指标,用于三跨连续梁单个单元和两个单元损伤定位.在此基础上,用状态反馈控制的方法有目的地对结构进行极点配置,得到所需的受控结构的特征值和特征振型,并采用受控结构的特征值和特征振型构造柔度灵敏度指标,进一步提高损伤识别指标对损伤的敏感程度.三跨梁的数值仿真结果表明:该柔度灵敏度指标能达到较好的损伤定位效果;在检测结构适当位置施加控制力,采用受控结构的动力特性数据进行损伤识别,可进一步提高损伤定位的诊断率.     

基于改进解析冗余度的损伤识别方法

提出一种采用无损指标和损伤指标相结合进行损伤识别的改进解析冗余度方法。该方法通过剔除求解方程组中与损伤单元相关的方程,补充与损伤单元无关的方程,构造出新的求解方程组进行求解。在新模型中,与损伤单元无关的约束条件构成无损指标,相关的约束条件则构成损伤指标。同时,采用结构无阻尼振动方程建立约束满足问题模型,提出了改进解析冗余度方法在结构动力测试方面的理论。通过数值算例验证所提出方法在结构静动力方面单、多损伤识别的有效性,也证明了该方法在一定数据误差及模型误差下的适用性。最后,设计了钢梁静、动力试验。试验结果显示,所提出的方法能够定位结构较小的损伤,并且损伤指标较为明显。该方法在梁式结构的损伤识别和安全评估中具有一定的工程实用性。     

结合静力测试与基频变化的PSO二阶段结构损伤识别

提出了一种基于粒子群优化算法(PSO)的二阶段结构损伤识别方法。该方法利用实际结构测试中较为成熟且结果相对稳定、准确的静力位移及基频的变化为基础,通过损伤信号匹配技术以及PSO分别进行损伤初步定位及损伤最后定量。通过对平面桁架结构的数值模拟结果表明该方法对结构中的受损构件及其损伤程度能够做出正确高效的识别和判断。     

基于结构势能原理的动态载荷等效静态转化方法

针对结构动态响应优化过程中动态分析的复杂性和高耗时性,以及直接进行动态优化的不可行性等问题,提出了一种基于结构势能的动态载荷等效静态转化方法。 该方法通过分析结构势能的本构方程,应用动态应力解空间谱元离散的关键点识别方法得到了结构最危险的时刻,然后建立了基于结构势能原理的动态载荷等效静态转化数学模型,应用区域细分算法求解,最终实现了动态载荷等效静态转化,并以10杆桁架结构、124杆桁架结构以及两层桁架结构为例进行验证。 结果表明:文中方法得到的位移比文献方法更接近实际位移的6。74%,4。57%,8。50%,说明了文中方法的可行性和有效性。      

船舶结构概率损伤容限分析

损伤容限设计是一种先进的现代设计思想,为了使这种设计建立在可靠性分析的基础上,根据概率断裂力学理论,分别建立了具有裂纹型初始缺陷结构和受损结构在裂纹扩展中结构疲劳寿命及其可靠性估算的动态模型．在给出了结构设计参数的分布函数后可求得一组与结构初始损伤、结构使用年限和剩余寿命、设计应力等有关的动态可靠性曲线,由此可获得保证一定可靠度的结构的损伤容限,并在设计时选取具有给定可靠度的各种设计参数,或给定设计参数后估计所设计结构的可靠度．     

基于主元分析的网架结构损伤识别方法

提出了利用实测频响函数及主元分析进行网架损伤识别的方法.首先用网架动测得到的频响函数数据建立损伤识别矩阵,用主元分析方法对原始数据变量空间进行降维处理,利用包含原始数据信息最多的前几阶主元,作出多元控制图,进行损伤识别.该方法不需要模态参数,避免了由模态分析中的模态拟合误差所引起的损伤误判.为了验证所提出方法的可靠性,完成了一个足尺网架在不同损伤情况下的动测试验,分析结果表明,所提出的损伤识别方法可行、可靠,尤其对于噪声环境下和具有一定局部非线性的网架有良好的适应性.     

基于ABAQUS和小波包能量谱的钢桁架损伤预警

用大型结构有限元分析软件ABAQUS建立了钢桁架完好模型和损伤模型,并模拟结构受到瞬态激励的振动测试实验,得到了结构动力响应信号。利用小波包变换对完好结构信号和损伤结构信号分别进行了多尺度分解得到小波包能量谱,并在此基础上计算结构损伤预警指标。结果表明,小波包能量谱对结构损伤具有很好的损伤敏感性,验证了该方法的有效性且具有良好的工程实际应用价值。     

结构初始损伤识别的随机弹性模量

为进一步借助环境激励条件识别结构损伤,导出了求解未损伤结构与损伤结构随机弹性模量的方程.该方法从特征值问题出发,视泊松比参数、弹性模量参数分别为常量与随机变量,并结合结构的有限单元模型以及实测数据.通过引入结构单元损伤因子,对结构的初始损伤进行识别.该方法既可精确评价结构的初始损伤程度,也可初步估计初始损伤的位置,为结构损伤自动识别技术的实际工程应用提供了理论基础.     

基于静力测量数据的桥梁结构损伤定位研究

基于灰色理论的相关性分析方法将静态位移曲率置信因子SDCACi应用到大型桥梁结构的静力损伤识别中,通过该因子沿桥的横向节点、纵向节点的变化曲线实现了对桥梁结构损伤的准确定位.由识别结果可以证明:不论测量数据(用有限元仿真计算并加上了一个正态分布的随机扰动考虑测量误差)的多少,该方法对结构中的单损伤和多损伤都能进行准确的定位,因此该方法在大型结构及复杂结构的损伤识别中具有广阔的应用前景.     

多维地震下大跨网格结构倒塌分析与抗倒塌措施

为了研究大跨网架结构的倒塌模式并寻求有效的抗倒塌方法,以显式动力分析方法为基础,模拟了地震下网架结构的倒塌全过程.从倒塌过程归纳出水平地震作用下网架的倒塌模式以强度破坏为主,竖向地震作用下网架的倒塌模式以动力失稳破坏为主.对比了普通网架、加入普通橡胶隔震支座网架和加入多维隔减震支座网架在强震下的倒塌过程.结果表明,普通网架在5.12s时倒塌,加入普通橡胶隔震支座网架虽未倒塌,但中部凹陷1.01 m,加入多维隔减震支座网架没有发生明显破坏,所以多维隔减震装置能有效地提高网架在强震下的抗倒塌能力.     

基于小波神经网络的框架结构损伤识别

以含损伤的框架结构为研究对象,对损伤位置和损伤程度进行识别。运用有限元分析原理,采用Lanczos法得到框架结构的转角模态,对其转角模态进行连续小波变换可以得到结构的小波系数,再由小波系数模极大值确定损伤的位置。以损伤后结构的固有频率作为神经网络输入参数构造神经网络,从而实现对框架结构损伤程度的识别。通过对一平面框架结构的损伤识别计算分析,验证了方法的有效性。