含内部子结构的圆柱壳振动特性研究

针对圆柱壳-内部子结构的耦合结构,采用缩聚传递函数对其解耦,再根据直接刚度法分别建立圆柱壳和内部子结构的数值模型,并结合缩聚传递函数法计算了原耦合结构的振动响应.引入坐标转换矩阵并考虑6个方向的耦合,从而保证本混合方法的计算精度.与有限元计算结果进行对比分析,验证了该混合方法的有效性.在此基础上分析了结构厚度、壳体长度...     

移频技术在子结构低阶主模态截断中的应用

提出固定界面模态综合法中子结构低阶主模态的截断方法.对子结构自由振动微分方程做移频处理,采用包含惯性力影响因素的子结构准静力模态进行坐标变换,降低了子结构低阶主模态对系统中频段模态的贡献,实现了子结构低阶主模态截断.采用该方法分析某白车身有限元模型160～190 Hz的动态响应特性.结果表明:引入移频技术后,相比传统固定界面模态综合法,子结构保留的主模态数量从之前的1 836阶下降至297阶,计算时间减少27.7％,说明该方法能有效提高复杂结构中频段动态响应计算效率.     

动力子结构技术下的灵敏度分析

从子结构方法出发，导出了结构的自振频率和位移响应灵敏度的计算方法，该方法只需对隆阶方程和各个子结构进行处理，即可实现灵敏度分析的降阶，从而为进一步开展大型复杂结构的动力优化设计开辟了途径。实例计算结果说明了该方法的正确性。     

动力子结构技术下的灵敏度分析

从子结构方法（固定界面模态综合法）出发，导出了结构的自振频率和位移响应灵敏度的计算方法，该方法只需对降阶方程和各个子结构进行处理，即可实现灵敏度分析的降阶，从而为进一步开展大型复杂结构的动力优化设计开辟了途径．实例计算结果说明了该方法的正确性     

双向水平地震作用下非对称框架结构抗震分析简化方法

采用刚性楼板假定,取各个楼面的质量中心在x,y方向的位移与绕z轴的转角作为自由度,将非对称空间框架结构简化为串刚片模型.将空间框架按两个正交方向划分为若干平面框架子结构,求得这些平面框架子结构的刚度矩阵后将其缩聚,再应用直接刚度法形成整体结构的刚度矩阵.该方法同时考虑了结构的扭转耦合及梁柱节点的弯曲转动.最后,通过一个结构的模态分析与弹性时程分析,比较了按本文方法与用ansys按空间有限元方法计算的结果,两者相符良好.故本文方法可用于非对称框架结构的抗震分析与设计.     

基于逆虚拟激励法的随机路面谱的识别方法

采用逆虚拟激励法对随机路面谱的识别方法进行了理论推导,并用确定性方法求解车辆平稳随机振动路面谱的识别问题.求解过程中通过给定车辆振动响应的自功率谱和互功率谱,反求路面激励功率谱,然后再计算得出车辆对路面激励的振动响应功率谱.通过模拟仿真,对比了计算路面谱与实际路面谱的差异,验证了推导结果的有效性.研究结果表明,逆虚拟激励法在求解车辆振动响应路面谱方面,具有很好的求解精度和计算效率.该方法为车辆振动平顺性的研究提供了新的思路和方法,具有很好的应用前景.     

随机激励下高压管道的疲劳寿命分析

应用功率谱密度(Power Spectral Density)法对随机基础激励下高压管道进行疲劳寿命分析．给出了在随机激励作用下结构的随机响应计算方法，由随机过程和Miner线性累积损伤理论，推导了功率谱密度法估算结构寿命的公式．在此基础之上，以一飞机高压管道结构为例，编写程序求解出其疲劳寿命值．算例表明，在某些结构的应力响应无法实测或难以实测到的情况下，采用功率谱密度法分析其疲劳寿命显得简洁有效．     

结构损伤识别中的模型缩聚问题

将逐级近似模型缩聚法用于工程结构损伤识别问题中。以一个平面桁架结构为算例,比较了残余力向量法在各级缩聚模型下的损伤识别结果。结果表明:无论对哪种缩聚方法,并非缩聚模型的级数越高损伤识别效果越好,采用逐级近似的GUYAN法时第二级缩聚模型识别精度最高,采用改进GUYAN递推缩聚法时第一级缩聚模型识别精度最好。分析了出现这种结果的深层次原因,指出了在模型缩聚逐级近似过程中存在的对结构损伤识别有利和不利的2种趋势,给出了良好的模型缩聚方法应该满足的2个条件。     

结构行为一致多尺度有限元模型修正及验证

研究面向结构健康监测和损伤评估的含局部细节的结构多尺度有限元模型的修正和验证方法.以实验室的大跨桥梁结构钢箱梁纵向加劲桁架缩尺试样为研究平台,具体讨论了多尺度模型修正和验证的实施过程.首先分析了影响此结构多尺度模型精度的一些因素,如边界约束刚度、焊趾及其附近的几何及材料参数等,然后采用基于灵敏度的方法对多尺度模型进行修正,并通过不同于修正过程的加载工况和不同位置处的实测数据从动力特性和静力响应等多方面对所建的结构多尺度有限元模型进行了验证.结果表明:基于子结构方法建立的结构行为一致多尺度模型是有效的.     

功率谱密度法在车桥结构疲劳寿命估算中的应用

以随机振动理论、疲劳强度理论和Miner线性累积损伤理论三大理论为研究基础,由峰值分布函数推导出了窄带、宽带随机振动下结构的疲劳寿命估算公式。在研究了标准路面功率谱密度和车轮部分振动模型后推出了车桥结构的响应功率谱密度。将该响应功率谱密度结合宽带随机振动疲劳寿命估算公式,求得车桥结构理论疲劳寿命。     

基于响应功率谱灵敏度分析的幕墙拉索损伤检测

幕墙拉索是重要的工程构件,为解决幕墙拉索的损伤检测问题,从弦的强迫振动方程出发,建立了其相应的有限元运动方程。将幕墙拉索的局部损伤模拟为弦单元面积的减少,利用随机振动的虚拟激励法,得到平稳随机激励下结构响应的功率谱密度函数对弦单元面积的灵敏度,采用有限元模型修正实现幕墙拉索的损伤识别。数值算例表明,仅利用有限的几个传感器的频域数据,就能够较好地识别幕墙拉索损伤,并且对模拟的人工噪声不敏感,具有一定的工程实用前景。     

基于小波包能量谱和因子分析的结构损伤识别方法

为了消除环境温度对损伤识别结果的影响,提出了一种基于小波包能量谱和多元统计方法——因子分析的损伤识别方法.首先利用小波包能量谱法对结构动力响应数据进行分析,得到结构动力响应特征参数;其次建立结构动力响应特征参数的因子模型,用因子分析法去除环境温度对于动力响应特征参数的影响,并通过计算得到结构损伤指标;最后以钢结构平台仿...     

模态参数识别中频响函数估计的最小二乘优化

模态参数识别的精度将会直接影响到机械结构系统动力特性分析的质量,而频响函数的估计精度对模态参数识别精度影响很大.工程中通常借助FFT采用功率谱平均估计频响函数.由于FFT过程中截断及舍入等误差的存在以及噪声的影响不能完全克服,采用此方法估计的频响函数来识别模态参数,其精度受到影响.因此,在分析频响函数的理论值与功率谱平均估计值的误差函数的基础上,应用最小二乘法对频响函数的估计进行优化.通过实测试验对该方法的有效性进行了验证.试验结果表明:采用优化后的频响函数识别的阻尼固有频率和阻尼比比没有优化直接峰值搜索得到的结果更接近真实的结果,该方法能够提高模态参数识别的精度.     

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。     

桥梁结构全息模态参数识别方法试验研究

针对传统桥梁结构健康监测中使用的接触式传感器存在数据离散性大、安装程序繁琐、难以反应桥梁结构整体状况等局限性,本文基于全息视觉传感器智能监测系统,识别结构全息几何形态在相应时空域上的振动信号,较为准确的获取结构全息图像数字化位移坐标信息,同时针对提取的振动位移进行频谱分析,获取桥梁结构的模态参数,实现对桥梁状况的基本识别。本文对一座缩尺模型桥进行试验验证,研究结果表明：全息视觉传感器智能监测系统测试结果与位移传感器测试结果吻合度较高,针对竖向荷载响应的功率谱,两种方法实测结果在低频范围内都能够较好地吻合,振型变化趋势基本一致。基于全息视觉传感器智能监测系统的桥梁形态监测真实、连续、敏感,较为准确地反映了结构在各工况下的位移变化和模态响应,后期将会进一步优化全息视觉传感器监测系统识别灵敏度,实现在各种工况激励下的高阶模态参数和结构损伤识别。     

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。     

基于模型缩聚-频响函数型模型修正的子结构损伤识别方法

由于大型复杂结构参数识别困难,提出将频响函数型模型修正方法与子结构方法结合进行损伤识别。构造一个关于损伤频响函数的优化方程。通过子结构有限元模型向损伤后频响函数修正的过程,识别损伤参数。以一个三层平面刚架为数值算例,计算结果表明该算法对损伤参数较为敏感,识别精度较高,可以准确识别出预设的子结构损伤单元和损伤程度。     

Cross spectral energy method for damage assessment of the cable-stayed bridge under operational conditions

The new cross spectral energy method （CSEM） is proposed for maintaining cable-stayed bridge safety by the measurable output-only vibration response. Damage assessment of real structures is limited by a series of problems such as unknown ambient excitation forces, errors introduced by system identification, incomplete dynamic measurements, etc. Thus the methodology based on cross spectral energy of each substructure member is derived to meet these challenges. The novel damage index does not require any modal or parameter identification technology. It can be calculated directly from vibration test data. In order to evaluate the efficiency of the presented methodology, a three dimensional （3D） actual cable-stayed bridge model .with one or more damaged positions under operational conditions was studied. In order to testify the reliability of damage detection method, the response data was polluted by the random noise. It is proved that the proposed method can successfully localize all damage cases even in noisy data. With the help of examples, the CSEM can potentially be applied as a nondestructive evaluation technique （NDT） for on-line health monitoring of cable-stayed bridges with minimum disruption of its operations.     

基底输入未知条件下质量不确定结构损伤识别

针对结构各层有效质量和地震动输入均未知情况下的损伤识别问题,构造了不需要已知周围土壤、邻近结构和非结构构件影响的层间规格化刚度参数和阻尼参数,提出了一种新的逐层递推时域识别方法,给出了用规格化参数进行损伤识别的公式.为避免结构质量的影响,引入暂态影响参数和相关参数,并分析了质量误差对参数识别的影响.该方法利用测试数据时程直接进行结构损伤识别,并可反演出地震动时程.算例表明本方法切实可行.     

核电站反应堆厂房隔震研究

对核电站典型CPR1000堆型反应堆厂房应用隔震技术进行了系统的研究.针对反应堆底部的圆形筏基,进行了隔震支座的布置与选型.基于时程分析法,研究了核电站基础隔震效果,并建立了结构内部设备层的楼层反应谱.此外,文章研究了地震波加速度峰值、设备层所处标高及设备阻尼比对楼层反应谱的影响.研究结果表明,应用隔震技术后大大提高了核电站反应堆厂房的抗震安全储备.