基于时频分析S变换的高层框架损伤识别研究

目的运用有限元软件模拟十二层框架结构损伤信息,研究结构的损伤信息与损伤参数之间的关系,提出识别高层框架结构损伤信息的新方法.方法采用S变换,对有限元模型的加速度响应进行分析,进而得出不同损伤情况下的损伤参数.结果当损伤位置确定时,损伤程度指标与各层频率随时间变化的平均斜率大致呈线性关系.当损伤程度确定时,损伤位置指标与各层频率随时间变化的平均斜率大致也呈线性关系.结论 S变换识别的频率随时间变化的平均斜率与结构的损伤指标呈线性关系,将这种关系函数化,便可以依据损伤结构的加速度响应较为精确地识别结构的损伤程度以及损伤位置.     

基于频率响应的悬臂工字型钢梁的结构损伤分析

基于结构动力学的基本理论,分析了悬臂工字型钢梁的振动模态特性,推导出结构损伤因子与损伤位置和损伤程度的函数关系.根据结构频率响应,运用频率平方变化比的方法进行结构损伤的初步检测与评估.应用ANSYS有限元分析软件对一悬臂工字型钢梁在11种工况下进行模拟计算,采用单元刚度折减来模拟结构损伤,并对工字型钢梁进行模型实验.     

BP神经网络和曲率模态理论在桥梁损伤识别中的应用

目的 研究桥梁结构损伤识别指标,探讨结合BP神经网络理论开发程序对桥梁结构损伤位置及损伤程度智能输出的可行性.方法 对桥梁数值模拟,建立有限元模型并进行模态分析,得到损伤前后的模态数据;将模态数据曲率化后结合桥梁结构的损伤指标作为输入及输出变量,以输入变量与输出变量建立非线性映射关系;将大量损伤模态数据随机构成训练集及...     

基于测试频率的损伤定位技术及其有效性的检验

探讨了基于测试频率平方变化比的损伤定位方法,对1个压力管道结构进行了单元损伤状态下的有限元模态分析,同时用形状记忆聚合物(SMP)材料制作了该结构的损伤可控单元,以电加热的方式控制其刚度变化,模拟了结构出现损伤的情形,并具体应用于模态测试实验中.有限元数值模拟和模型实验结果均表明结构频率的平方变化比是损伤位置和损伤程度的函数,据此可构建结构的安全信息库,对工作中的结构进行实时状态监测,将采集到的结构模态信息与信息库中的数据相比较,实现结构状态实时监测与损伤定位,进而可采取应对措施.     

基于曲率模态和BP神经网络的简支梁的损伤识别

通过BP神经网络对简支梁的损伤位置和损伤程度进行了研究。文中首先采用有限元仿真软件ANSYS计算得到不同损伤情况下结构的前两阶固有频率并计算指定点的曲率模态值,并以此为输入参数建立用于识别简支梁损伤的BP网络,最后利用LM算法训练网络来进行损伤检测。结果表明：该方法能有效地对损伤位置及损伤程度进行识别,且对损伤程度进行识别的精确度较高。     

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.     

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.     

基于小波分析和遗传算法的结构损伤诊断

提出了小波-遗传算法的概念,建立了一种既能识别结构损伤位置、又能确定损伤程度的小波-遗传算法。首先,以有限元分析求解损伤结构振型模态为基础,用db1小波做连续小波变换,由小波系数模极大值识别损伤的位置。然后,以单元刚度的折减系数为遗传算法的优化变量,用振型和频率的误差函数加权来构造目标函数,并通过损伤位置的确定来简化目标函数的变量,再用遗传算法对目标函数进行优化,从而确定结构的损伤程度。通过对一简支梁进行数值模拟分析,计算结果表明,提出的方法不仅能够有效识别损伤的位置,而且能够准确识别损伤程度。     

结构损伤识别的直接解析法

探讨一种损伤识别的方法——直接解析法.本方法从结构模态有限元算式出发,把频率和振型看作损伤参数的函数,经过泰勒展开获得频率、振型对损伤参数的一阶偏导数,然后构造以损伤参数为未知量的超定线代方程组,求解得到全部损伤参数值.进一步又提出本方法的自迭代修正,大幅度提高了识别精度.本方法可以同时识别出结构损伤的数量、位置和程度,并可识别任意多数量的损伤参数.通过对一个5层框架结构的数值模拟分析,验证了它的可行性.     

利用应变模态差识别弯管内部损伤

为研究利用应变模态差识别弯管内部损伤的方法,以损伤前、后的应变模态差作为弯管损伤识别的损伤指标对其展开研究.首先,基于位移模态和应变模态的模态叠加特性和正交性推导了应变模态差公式;其次,利用有限元软件ABAQUS建立不同工况的弯管简化模型进行数值模拟.处理分析得到应变模态差曲线,以此判断损伤的存在和位置以及损伤程度.结果表明,通过该损伤指标能很好识别弯管损伤的存在和位置,并能有效地反映其损伤的程度;改变弯管的径厚比和弯曲形式,该指标对弯管损伤识别仍然适用.证明了基于应变模态差的弯管内部损伤识别的可行性.     

轴力作用下带损伤段梁基于贝叶斯理论的评估

提出利用半幅函数求得带损伤段梁在轴力作用下自由振动的近似解。考虑模型误差和量测噪声的影响,在基于动力响应的损伤识别中引入了贝叶斯估计理论。通过构造基于前两阶自振频率的损伤位置指标和损伤程度指标,分别获取了损伤段参数的后验概率分布表达式。考虑到贝叶斯公式中多维函数积分困难的问题,采用马尔科夫链蒙特卡罗抽样技术获取了损伤段参数的样本序列,得到了相应的数值统计特征值。数值算例表明本文提出的方法可以成功识别概率意义上的损伤位置和损伤程度。     

基于理论、仿真和实验的两端固定梁的模态测试方法

基于欧拉-伯努利梁理论,得到两端固定梁自由振动的振型函数。通过数值计算得出实验用的两端固定梁前五阶振型的节点位置及其与梁长的比值。考虑传感器对两端固定梁固有频率的影响,建立梁-传感器模型进行仿真分析并得出两端固定梁前五阶固有频率。基于节点位置和测点位置,在实验中选择参考点。将具体实验的结果与梁-传感器仿真模型结果进行对比,通过前五阶固有频率的误差分析,发现仿真分析结果与实验结果误差最高为2.92%。研究完整地叙述了两端固定梁的模态测试流程,可为工程技术人员的模态测试起一定的指导作用。     

作大范围运动弹性结构振动频率及模态的摄动解

根据参数摄动理论,建立了作大范围运动弹性结构特征频率与模态的摄动理论,推导了作大范围运动弹性结构的特征频率与模态的1阶、2阶摄动方程.以作大范围运动弹性梁为例,求解了作大范围转动弹性梁振动频率与模态的1阶、2阶摄动近似解,并与结构动力学意义下的频率与模态进行了比较.该方法解决了在柔性多体系统中大范围运动对柔性体变形运动的振动频率与模态的影响这类刚 柔耦合问题,同时为任意柔性多体系统刚 柔耦合动力学程式化建模提供了高效、精确的离散方法.     

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.     

层合板层内损伤检测的模态位移不平整系数法

为了准确识别复合材料损伤的位置和程度，提出一种以模态曲率差幂函数为损伤指标的新检测方法.基于ANSYS的APDL语言，应用Shell181单元建立简支层合板模型，并通过Camanho损伤准则构建层内纤维失效模型.利用模态分析获得层合板的固有频率及网格节点模态位移，应用差分法得到曲面的高斯曲率，研究损伤前后高斯曲率差随损伤位置和程度的变化规律.采用高斯曲率差的平方增加峰值与其他区域的差距，将其定义为模态位移不平整系数并进行层内损伤位置和程度检测.结果表明:模态位移不平整系数使损伤位置检测的准确性提高，且随损伤程度的增加而增大.研究结论为改进复合材料层合板层内损伤的无损检测方法提供指导.     

多梁式桥梁检测的叠加曲率模态差变化率方法

鉴于应用曲率模态的桥梁损伤识别研究大多以一维单梁式结构为研究对象,提出利用G-M法的思想并基于薄板振动理论将多梁式结构转化为正交异性板后,类比梁弯曲理论得到该结构两正交方向曲率表达式,通过分析采用单阶曲率模态差指标进行桥梁损伤识别的不足,考虑利用多阶曲率模态变化率叠加指标进行损伤识别,最后采用有限元软件Ansys建立桥梁模型计算单位置、多位置不同损伤程度的多种工况。Matlab绘图结果表明:沿桥梁纵向叠加指标识别更为精确,对未损伤位置数据扰动更小,指标独立性高,可利用该指标进行多梁式结构的损伤定位。     

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。     

功能冒险快速算法理论

使用参与逻辑函数及逻辑函数余式理论，获得了一系列特别重要的规律．利用所导出的等效变化的逻辑余式的状态变化过程对功能冒险精确定位。避免了沉重、复杂的计算。这个开创性的工作使得长期数字险象问题获得解决．无疑地为数字电路及计算机设计建立了强有力的基础。     

移动载荷作用下起重机主梁损伤识别

作为桥式起重机上关键部件,主梁的安全性受到极大关注.以桥式起重机主梁为研究对象,对移动载荷作用下主梁裂纹损伤进行识别研究.首先建立主梁有限元模型,通过生死单元法杀死损伤单元模拟裂纹损伤,利用ANSYS瞬态动力分析法实现移动载荷加载,并将获得的主梁位移信号与解析解进行对比;然后对位移信号差分获取加速度信号,应用小波变换对主梁1/4、1/2、3/4位置的加速度信号进行分解,分析后选择包含损伤信息的高频部分小波系数构建损伤定位系数来实现损伤定位;最后利用损伤定位系数能量的对数构建损伤程度系数,结合模型匹配法,利用三次样条拟合建立损伤程度方程,识别损伤程度.该研究为起重机主梁移动载荷下的损伤识别提供重要理论参考.