基于EMI技术与PSO-BP神经网络铝梁损伤定位研究

为了定位铝梁等一维结构的损伤位置,采用压电阻抗(EMI)技术与粒子群(PSO)-BP神经网络进行研究。首先,搭建损伤检测试验平台,使用阻抗分析仪测出健康和损伤状态下的压电导纳曲线,分析不同位置压电陶瓷传感器(PZT)测量的结构谐振峰特征,并通过Pearson相关系数对导纳数据进行处理;然后,构建PSO-BP神经网络,以不同位置上的PZT传感器测得的导纳值作为网络的模式样本进行训练。结果表明,压电阻抗技术能有效识别铝梁健康、损伤工况;Pearson相关系数与PZT传感器和损伤之间的距离呈线性关系,与损伤位置间距越小,PZT测得的导纳曲线的Pearson值越大;选取PZT导纳值变化明显的频率点作为神经网络的输入向量,经过训练后的PSO-BP神经网络能够快速准确地识别铝梁损伤位置。     

基于阵列布置PZT的钢筒混凝土管道损伤监测与评估数值模拟

目的 研究基于阵列式PZT传感系统的超声导波在钢筒混凝土管道传播机理,并进行损伤监测与评估.方法 利用ABAQUS有限元软件建立了阵列式PZT与不同损伤程度的钢筒混凝土管道的机-电耦合有限元模型,对压电波动法钢筒混凝土管道裂缝损伤监测进行数值模拟.结果 提出损伤指数,建立损伤程度和损伤指数之间的关系式;钢筒混凝土管道无...     

压电阻抗法检测管道腐蚀损伤的实验研究

对油气管道的损伤进行实时监测,是建立管道健康监测系统的基本前提.本文基于压电阻抗技术进行油气管道腐蚀损伤识别实验,实测不同损伤类型的管道损伤前后及不同损伤状态下的PZT阻抗谱,探讨了管道损伤与PZT阻抗信息变化的关系.同时对实验数据进行分析,获取了与损伤类型相对应的统计特征指标变化规律,能够判断管道损伤位置和程度.     

基于摄动理论的压电阻抗损伤识别分析

结合摄动理论和压电阻抗技术监测结构的损伤的发生和定位.本文利用一阶摄动方法获得了受损简支梁的特征值和模态振型的解析表达式.通过受损梁的模态振型得到了受损梁的阻抗,结合PZT与结构的压电耦合电导纳公式得到受损梁的电导纳信号,采用CC损伤指标评定结构的损伤程度.以一个受损简支梁为数值算例,计算了不同损伤条件下其电导纳信号和损伤指标的变化.当结构损伤位置同PZT之间的距离相同情况下,PZT的CC指标随损伤程度增加有减小的趋势;结构损伤程度相同的情况下,各损伤工况下的RMSD指标随损伤位置与PZT之间的距离的增加有减小的趋势.     

基于模态应变能法的混凝土梁桥结构损伤识别研究

基于模态应变能理论,得到能用于混凝土桥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Ansya软件进行有限元分析,得到混凝土桥梁损伤前后的前5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,采用所提出的损伤指标,对混凝土桥梁结构进行损伤定位识别是可行的.     

基于单元应变能变化率的结构损伤识别方法

针对梁类结构,根据单元损伤前后的模态应变能变化率,推导了新的损伤位置识别指标,并利用结构在损伤前后模态应变能变化与频率变化的关系提出了损伤程度评估指标.悬臂梁的数值模拟分析结果显示:损伤位置识别指标在损伤单元对应的结点处呈现显著的正号峰值,能够清楚地指示损伤位置;损伤程度识别指标对于单一损伤工况的损伤程度估算结果较接近于实际损伤程度,但对于多点损伤工况的损伤程度估计值偏小.所提出的损伤指标仅根据结构损伤前后的低阶模态频率和模态曲率即能达到较好的损伤识别效果,可应用于实际结构中.     

埋入式压电阻抗传感器水泥封装试验研究

对经防水处理后的PZT(piezoelectric ceramic)阻抗传感器开展了封装试验研究.为了保证PZT传感器与混凝土结构的相容性,试验采用水泥作为封装材料,提出了一套PZT阻抗传感器的封装工艺.通过对封装前后PZT导纳(阻抗的倒数)进行测试可以发现:在水泥封装层固化期间,PZT导纳曲线向右发生漂移,峰值对应共振频率增大;经水泥封装的PZT阻抗传感器在封装层完全固化后导纳曲线几乎不再随时间变化,表明封装后的PZT传感器性能稳定,可用于实际混凝土结构的在线健康监测.     

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.     

基于多类型传感器信息的结构损伤识别方法

计算2组基于径向基神经网络的结构损伤程度识别结果,一组神经网络输入是加速度传感器信息,另一组神经网络输入是应变传感器信息;以2组识别结果及其可靠性为基础,提出采用D-S证据理论数据融合方法的结构损伤程度综合识别方法.以网壳结构为研究对象,建立结构损伤模型和神经网络样本库及输入输出向量,并对不同噪声水平下结构损伤程度识别结果进行计算.计算结果显示,基于多类型传感器信息的结构损伤程度综合识别结果的误差明显小于基于单类型传感器的识别结果,并在神经网络输入有噪声的情况下,仍保持较好的效果.因此,基于多类型传感器信息的结构损伤程度识别方法在合理应用结构多类型响应信息的基础上,能够获得更优的结构损伤程度识别结果.     

基于曲率模态和神经网络的结构损伤识别与仿真

探讨用曲率模态和神经网络对混凝土结构裂缝进行损伤识别和定位的方法.以一矩形截面悬臂梁为研究对象,通过完好结构和损伤结构的有限元分析,获得损伤标识量,输入Elman神经网络进行训练,以损伤位置和损伤程度作为网络的输出参数,进行单处损伤和多处损伤的定位研究.数值仿真结果表明,曲率模态振型对结构的损伤敏感,采用曲率模态和神经网络结合的方法可以同时确定结构损伤的存在、程度和位置,并且可以用于结构多处损伤的检测.该方法对于实际工程结构的损伤识别具有一定的指导意义.     

基于OPCM声发射传感器的新的SHM技术

提出将地震工程中反射地震法与新型正交异性压电复合材料OPCM声发射（AE）传感技术相结合,应用到土木工程结构健康监测SHM系统中．用细观力学方法分析OPCMAE传感元件的正交异性特征,此特征克服了传统的单一压电陶瓷（PZT）换能器在监测过程中无法避免的土木工程结构构件侧面反射信号干扰的难题,采用椭圆损伤定位法确定损伤位置,使反射地震法与AE传感技术应用于SHM系统成为可能．设计了性能对比实验,在混凝土试件表面分别布置PZT元件和OPCM元件,验证了新的SHM技术应用于混凝土SHM系统的可行性以及OPCM元件避免侧面反射信号干扰的能力。     

由表观损伤特征反演钢筋混凝土梁承载率神经网络模型

钢筋混凝土梁表观损伤特征与受弯承载率间存在着一定的对应关系,但这种关系极为复杂,很难用显式的数学函数表达.基于神经网络方法研究了表观损伤特征与受弯承载率之间的非线性映射关系,以裂缝宽度、裂缝相对高度、挠度、混凝土强度、配筋率、钢筋屈服强度、钢筋直径、钢筋粘结特性系数、保护层厚度为输入,以受弯承载率为输出,建立了由表观损伤特征反演钢筋混凝土梁受弯承载率的神经网络模型.网络仿真结果与试验值吻合较好,为检测评定在役钢筋混凝土梁的受弯承载率,进而评定其安全性提供了一种新方法和新思路.     

GSIFCON材料拉敏特性及对梁构件机敏检测

为了利用石墨水泥砂浆注浆钢纤维混凝土检测梁构件内部损伤,采用三根素混凝土梁对GISFCON的拉敏特性进行了研究。采用GSIFCON与钢筋混凝土梁叠合的方法,测定在不同应力作用下,梁构件破坏过程中GSFICON的电阻相对变化,来监测梁构件内部损伤情况。试验结果表明:GSIFCON材料的拉敏性能要高于其压敏性能4倍以上。在不同应力作用下,梁构件受拉区GSIFCON的电阻相对变化始终与梁构件损伤过程保持一一对应关系,可对梁构件损伤进行检测。研究结论为GSIFCON在智能结构中的应用提供了理论依据。     

冻融后预应力混凝土构件疲劳损伤模型

通过7根预应力混凝土梁进行不同冻融循环次数后的疲劳试验,研究冻融环境下构件由于疲劳累积损伤而造成的刚度衰减规律,试验结果表明冻融作用对构件在疲劳荷载下挠度的发展起加剧作用,且随着冻融次数增多作用愈明显.在冻融循环和疲劳荷载的共同作用下,试验梁的剩余刚度在弯曲疲劳过程中呈现三阶段衰减规律,并且在第2阶段近似呈线性衰减,构件发生疲劳破坏时,其剩余刚度衰减至初始刚度的66%左右.根据损伤理论得到试验梁基于刚度衰减的累积损伤值D与循环寿命比n/Nf之间的关系模型,该模型考虑了冻融效应对疲劳累积损伤的影响,可为寒区预应力混凝土梁疲劳寿命预测提供有价值的参考.     

小波分析在钢筋混凝土梁损伤识别中的应用

为识别钢筋混凝土简支梁的损伤状况,对简支梁进行了逐级加载实验,每级加荷后卸荷,观测梁的裂缝,并测定梁的动力反应. 将钢筋混凝土简支梁作为无限自由度体系,并对该体系的动力方程进行小波变换,得到多尺度下的结构动力响应表达式. 信号经多尺度分解后,包含了信号中更多的结构损伤信息. 基于此,用DASP信号处理系统对钢筋混凝土简支梁各损伤阶段的动态信号进行二进制小波分解,通过分析各频段的波形,确定了梁的损伤.     

预应力混凝土受弯构件疲劳损伤全过程非线性分析

基于唯象观点对混凝土和钢筋分别采用疲劳弯曲受压变形模量和钢筋面积这两种宏观物理量作为损伤量度．在正截面应力分析的基础上。提出了一种考虑钢筋和混凝土两种材料耦合作用的非线性疲劳损伤全过程分析方法．该方法可以考虑由于组成材料损伤机制不同而造成的疲劳损伤过程中的应力重分布现象,并且适用于交幅重复应力作用的情况．通过分段线性的方法实现了混凝土构件的非线性损伤过程分析．计算结果表明,该方法能够较好地对预应力混凝土受弯构件进行疲劳全过程分析．     

预应力碳纤维布加固损伤混凝土梁有限元分析

采用ANSYS软件,对不卸载时预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受力变形性能进行了非线性有限元计算分析。计算中预应力采用升温法施加,初始损失利用单位生、死来实现。由对比可知:数值计算结果与试验结果吻合较好。通过对不同初始损伤量及碳纤维布加固量进行的扩展计算可知:初始损伤量对混凝土梁承载能力几乎无影响,增加碳纤维加固量能有效提高混凝土梁的承载能力。     

一种基于实测模态参数的结构损伤诊断方法

本文提出了一种利用实测结果固有频率与振型诊断结构损伤大小和位置的方法，并提出了一种能抑制测试误差对诊断准确性影响的正则化技术求解质量和刚度损伤诊断方程，以三根模型的损伤诊断实例说明了本方法的有效性。     

钢筋混凝土梁的损伤评估

基于刚度下降提出了一种混凝土损伤指标,可直接表示为应变的函数．建立了截面弯矩与截面变形及损伤与截面变形之间联系的一般公式,对简支梁在不同配筋和加载情况下进行全过程损伤分析,说明了本方法的可行性及其与实际现象的一致性．     

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁碳化损伤及承载力的影响规律,制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中,进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验,得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度,进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验,探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明:通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析,发现压应力状态会抑制碳化反应的进行,而拉应力状态会促进碳化反应的进行,28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力,加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%,加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。