基于空气耦合非线性共振频率偏移的混凝土损伤评估研究

针对受损混凝土的整体损伤评估,提出并验证了基于空气耦合的非线性共振频率偏移法。首先通过对混凝土试件进行逐级加载实现了试件损伤的累积,之后利用空气耦合传感器代替传统的接触式传感器进行了试件振动信号采集。研究了距离对空气耦合漏泄波强度的影响;并对两种传感器采集信号的频谱特性进行了对比分析。最后构建非线性共振频率偏移损伤指标迟滞非线性系数对受损混凝土构件的损伤过程,进行了跟踪分析与刻画;并与以纵波波速和固有频率作为线性损伤指标的损伤评估方法进行了对比。实验结果表明,空气耦合方法可快速有效地进行试件振动信号采集;随着试件损伤的累积,非线性损伤指标和线性损伤指标均发生了变化,但迟滞非线性系数的变化更为显著。研究成果为混凝土损伤识别提供了新方法和新思路。     

基于激光超声二次谐波法检测混凝土早期损伤

针对混凝土结构易产生早期损伤积累等问题,提出了一种激发窄带超声波的热弹性强度调制激光技术的内部损伤混凝土试件损伤情况的检测评估方法.借助有限元仿真法,模拟激光激励非线性细观损伤混凝土模型产生超声应力波,对混凝土模型表面接收点的位移信号进行频谱分析并计算相对非线性系数,建立相对非线性系数与材料宏观力学性能的关系,从而检测混凝土的早期力学性能退化情况.在此基础上,搭建了压电超声二次谐波试验系统和敲击共振基频检测系统,建立了不同配合比混凝土材料非线性系数β'与混凝土动弹性模量Ed的指数回归方程.研究表明,所提方法具有非接触性和灵敏度高等优点,能为实现混凝土早期损伤评估提供有力依据.     

钢管混凝土柱-钢梁错层节点地震损伤评估

为研究地震作用下钢管混凝土柱-钢梁错层节点的地震损伤演化规律,进行了8个钢管混凝土柱-钢梁错层节点的低周往复加载试验.基于低周往复加载试验的研究成果,研究了试件循环加载过程中变形和能量的非线性组合关系.从钢管混凝土柱-钢梁错层节点地震损伤破坏机理出发,提出适合于钢管混凝土柱-钢梁错层节点的双参数地震损伤模型.通过低周往复加载试验得到数据,基于双参数地震损伤模型,计算其地震损伤指数,定量地描述钢管混凝土柱-钢梁错层节点在地震作用下的损伤演化规律.对钢管混凝土柱-钢梁错层节点地震损伤评估,分析了轴压比、错开高度和剪压比对错层节点地震损伤的影响.发现轴压比小的试件在损伤过程中会有所提前,累积损伤比轴压比大的试件大,错开高度大的试件的损伤发展与累积大于错开高度小的试件,剪压比大的试件的累积损伤大于剪压比小的试件.     

微角速度传感器在不同气压下的振动特性

研究振动轮式微机械角速度传感器在 4Pa到10 0 k Pa 气压范围内的振动特性。被测传感器的直径为1.3m m,厚度约 30 μm。用电容检测技术测量其振动信号 ,以获得传感器幅频、相频特性。试验得到了传感器两个振动模态的品质因数与气压的关系曲线 ,发现了传感器的非线性振动和模态耦合现象。弹簧的非线性弹性引起了非线性振动 ,振动方向不正交及电信号耦合导致了振动耦合现象。试验结果表明驱动梁为曲梁的传感器与直梁传感器相比 ,驱动轴非线性振动特性大大降低     

输电塔线耦合体系的风振疲劳时域分析

风荷载作用下的输电塔线结构属于非线性耦合振动体系,自然风的脉动分量使体系中的构件处于交替受力状态,从而可能导致构件的疲劳破坏.文中以某直流线路的一段塔线体系为例,提出了输电塔线体系的风振疲劳时域分析方法;采用AR模型产生了随机风场,对输电塔线耦合体系进行了非线性风振时程分析;建立了考虑风向和风速分布等因素影响的疲劳累积损伤计算公式;确定了输电塔结构中疲劳损伤的关键部位,针对关键部位进行了应力分析,并采用线性累积损伤理论对构件的风振疲劳寿命进行了评估.结果表明,文中提出的时域分析方法可有效估算输电塔结构在风振作用下的剩余寿命.     

钢轨非接触式无损检测技术数值模拟研究

文中针对现有钢轨检测技术不足的问题,提出了基于空气耦合导波的钢轨非接触式无损检测方法,建立了可模拟空气耦合导波激励与接收全过程的声固耦合仿真模型,并基于声学理论对仿真模型进行了验证。首先,通过该数值模型模拟分析了轨底不同损伤程度对接收导波信号的影响;然后,考虑空气耦合导波受高强度随机白噪声的影响,提出了基于激励信号中心频率小波系数的损伤评估方法。结果表明：根据Snell定律及声学理论,钢轨空气耦合导波检测的最优激励角与接收角为6.6°;钢轨空气耦合接收导波具有波形稳定、能量集中及抗干扰能力强的特点;无论损伤程度大小及所处空间位置如何,接收到声压时域信号波包中心到达时间均基本一致;不同损伤程度对应损伤指数范围有明显差异;基于激励信号中心频率的小波系数法简单可行,准确度高,适用于已知窄带导波信号的损伤信息提取,在接收信号受噪声污染严重的情况下仍能够有效识别出钢轨损伤;基于空气耦合导波进行钢轨损伤识别具有可行性。     

快速Myriad滤波方法的混凝土坝动力响应信号去噪研究

环境激励下混凝土坝动力响应信号具有明显的非线性特征,常规的信号去噪方法不能适用于非线性信号的去噪.本文研究了快速Myriad滤波方法对环境激励下混凝土坝动力响应信号的去噪,讨论了一种对Myriad滤波器中线性度参数进行优选的新方法.仿真信号的去噪测试分析验证了本文对线性度参数优选方法的合理性.本文最后将快速Myriad滤波方法应用于对振动台上采集到的混凝土坝动力响应模拟信号的去噪处理,取得了较好的去噪效果.     

圆形超声辐射器的多维耦合振动

用解析方法研究了圆形超声辐射器的多维耦合振动,通过引入振动轴向振动与横向振动之间的机械耦合系数,导出了辐射器耦合振动共振频率方程的解析表达式,由此不仅能够得出振子的轴向共振频率,而且可以得出震子的径向共振频率,与一维理论的结果相比,本文得出的结果与实测值更加符合,实验表明,振子共振频率的测量值与计算值符合很好。     

基于ABAQUS的RC框架节点的有限元分析

文章应用有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型对钢筋混凝土框架节点的性能进行了非线性有限元分析,其中混凝土与钢筋分别采用实体单元与桁架单元进行分离式建模,并使用Embed技术进行自由度的耦合。将试验结果与有限元分析进行对比,结果表明梁柱节点自由端在竖向单调加载作用下的荷载位移曲线与试验结果比较吻合,计算的变形模式同试件破坏形态一致。文中采用参数分析,探讨了混凝土膨胀角、黏性系数及损伤因子对计算结果的影响,为实际工程中的节点设计提供试验与理论依据。     

矩形压电陶瓷振子的耦合振动

利用等效弹性法分析了矩形压电陶瓷振子的二维耦合振动,通过引入等效弹性常数和二维耦合系数得出矩形压电陶瓷振子的共振频率方程和耦合系数方程,探讨了耦合系数、共振频率与压电振子宽长比的依赖关系。利用数值法对压电振子的振动特性进行了模拟及仿真,并与解析结果进行了比较,二者吻合较好。最后用实验进行验证,实验结果与仿真结果有很好的一致性。     

采用灰色Savitzky-Golay滤波的商用车推力杆橡胶球铰非对称迟滞建模

为了建立准确高效的推力杆迟滞特性模型,根据力的分解原理,将滞回力分解为广义非线性弹性力和广义非线性阻尼力,并分别采用等效线性阻尼模型、等效分段线性阻尼模型、非对称Bouc-Wen模型和高阶多项式模型对橡胶球铰的迟滞非线性进行建模。引入灰色关联度指标,对Savitzky-Golay滤波算法进行改进,采用布谷鸟算法对滤波器的参数进行优化,并应用该滤波器对试验采集到的滞回特性数据进行去噪平滑。以滤波后的试验数据与各迟滞模型计算数据的误差平方和最小化为目标,分别对各模型的参数进行识别。结果表明:所提出的灰色Savitzky-Golay滤波方法具有很好的平滑滤波效果,滤波前后信号的灰色关联度大于0.8,而非对称Bouc-Wen迟滞特性模型具有相对较高的精度和较低的复杂度,其建模误差小于10%。研究结果可为汽车和其他机械装置上的橡胶件迟滞非线性建模和信号滤波去噪提供参考。     

PVDF应力传感器的设计、标定及其在混凝土冲击试验中的应用

利用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对PVDF应力传感器进行了压电系数的动态标定,标定值为27.21 PC/N.在落锤冲击试验机上完成了预埋PVDF应力传感器的混凝土圆柱体试件的轴向冲击试验,并利用PVDF应力传感器信号和试件轴向压缩曲线得到了混凝土在冲击加载条件下的动态应力应变曲线.由于混凝土试件在冲击加载过程中应力分布不均匀,预埋在试件中心的PVDF应力传感器测试的应力结果比用锤头冲击力计算出来的试件平均应力稍大.     

基于压电传感器的纤维陶粒混凝土冻融损伤检测

针对纤维陶粒混凝土低温下受到冻融损伤导致影响结构安全性问题,基于压电陶瓷传感器进行损伤检测。利用压电传感技术对冻融后的纤维陶粒混凝土试件进行检测,获得不同冻融次数下的应力波信号。当冻融次数增加,试件相对动弹模量和抗弯强度下降,压电陶瓷检测到的应力波信号幅值相应减小,基于应力波的衰减,采用小波包能量分析法将其转化为损伤指数,与冻融试验评价指标损伤程度和抗弯强度损失率进行拟合,吻合度较高。结果表明,纤维陶粒混凝土损伤指数与冻融损伤程度和抗弯强度损失率相关性较强,该纤维陶粒混凝土冻融损伤无损检测方法具有良好可行性。     

耐久性损伤耦合效应对钢筋混凝土框架节点抗震性能研究

目的研究耐久性损伤耦合效应对钢筋混凝土结构框架节点的抗震性能的影响.方法考虑非线性粘结滑移,利用ABAQUS有限元分析软件建立钢筋混凝土梁柱节点非线性模型,分析混凝土保护层碳化、梁纵筋锈蚀、冻融循环三者的耦合效应对钢筋混凝土梁柱节点抗震性能的影响.结果在三种损伤因素共同作用下,当钢筋的锈蚀率从5%增加到10%时,试件的累积耗能能力和极限位移全部发生急剧衰减,试件的抗震性能严重退化;在碳化、冻融及钢筋锈蚀率为10%的情况下,滞回曲线出现弓形,试件的承载力及延性均急剧下降;随着混凝土的碳化,试件承载力提高的同时延性在逐渐降低.结论无论钢筋锈蚀率、混凝土保护层的碳化或冻融循环次数,其中任何一种损伤量的增加,均会导致试件抗震能力的下降;而当三者同时作用时,对边节点的抗震性能影响最为严重.     

压电智能结构的损伤识别研究

采用有限元方法分析了裂纹宽度对压电智能结构阻抗信号的影响,得出了压电智能结构的导纳频谱图。结果表明:随着裂纹宽度的增加,电导的共振频率产生了向左的偏移,损伤程度越大,共振频率偏移越多,且出现了较多的次模态,共振峰值也随损伤的增大而减小。此外引入的损伤指标RMSD的值会随着裂纹宽度的增加而增大。此结论对于结构的损伤识别具有一定的参考价值。     

简支矩形薄板横向激励非线性振动特性的实验研究

对四边简支且受横向集中简谐载荷作用矩形薄板的非线性振动响应进行实验研究.利用捶击实验测得薄板的固有频率,在固有频率区域内对矩形薄板进行振动实验,对采集到的振动信号进行了相图和频谱分析,结果发现在矩形薄板的共振频率附近,在一定的激励幅值作用下,系统会产生倍周期分岔和混沌运动等复杂非线性现象.     

振动自感知刀具磨损无线监测

Zigbee无线技术监测切削刀具磨损的振动传感器系统,存在通信距离近、组网复杂等问题,故提出一种基于WiFi无线传感器网络采集振动信号的刀具磨损状态监测方法。首先,组建以ESP8266 WiFi开发板为核心、高精度振动传感器ADXL345为敏感元件的无线采集振动信号网络;然后,根据刀具整体形状,将振动传感器粘贴在刀具表面,并使用自感知刀具进行45钢棒料外圆切削实验无线采集振动信号,同时在相同的切削条件下采集振动信号与有线方式进行对比,验证该装置可行性;最后,将时域信号中部分统计量作为特征向量导入至支持向量机回归模型中进行训练,并获得刀具磨损预测模型。实验结果表明,自感知刀具无线采集信号的相对误差在3.61%以内,具有较好的可行性;支持向量机回归刀具磨损预测模型的分辨准确率达到94.38%,证明所设计的无线系统可以准确地监测刀具磨损。     

基于虚拟迭代的某重型商用车驾驶室疲劳分析

文章以某重型商用车的驾驶室为研究对象,在定远试验场典型路况下采集目标信号,建立驾驶室-车架刚柔耦合多体动力学模型.应用虚拟迭代方法提取驾驶室与悬置系统连接处载荷谱,根据线性疲劳累积损伤理论对驾驶室进行疲劳寿命分析,并与室内台架道路模拟试验结果进行对比,验证了仿真分析结果的正确性.通过对危险部件进行结构改进提高了驾驶室的...     

基于声发射技术的混凝土梁桥弯剪受力状态下损伤试验

为实现使用声发射参数定量评估混凝土梁的损伤,开展了试件和构件层次的混凝土梁剪切试验研究。采用声发射技术对混凝土梁的损伤过程进行动态监测,总结基于声发射理论的混凝土损伤评估方法,并提出一种改进的损伤模型,采用三次多项式模型建立声发射参数与应力水平之间的定量关系,从而推导出混凝土梁的损伤演化方程,并计算出试件与构件对应于3种损伤模型的基于声发射技术的钢筋混凝土梁承载能力评估的损伤量。然后,通过与已有损伤模型的计算比较,验证损伤演化方程对混凝土梁损伤进行量化评价的有效性和准确性。试验结果表明:累计声发射数分三阶段变化,线性发展阶段的声发射信号较为活跃,相对应力水平位于0%～40%,其与材料本身含有较多微裂隙有关;而稳定增长阶段对应的累计声发射事件数与撞击数稳步增长,此时混凝土内部微裂纹稳定且缓慢发展,相对应力水平为40%～80%;在失稳阶段累计声发射数剧烈增加,其相对应力水平超过80%,试件内部裂缝达到失稳扩展状态。累计声发射事件曲线较好地描述了混凝土梁损伤发展变化的全过程,改进的损伤模型计算的损伤量在初始阶段发展较快,在中期趋于平缓,应力水平超过0.8以后损伤量发展迅速,直至试件破坏,能较好地反映混凝土梁损伤发展的三阶段变化规律。通过各损伤模型计算损伤度发现在相对应力水平较低时,试件或构件亦存在一定的损伤。     

EPS泡沫在径向不耦合爆破中吸能效应数值仿真

基于大型非线性显式动力有限元程序LS-DYNA对初始密度分别为12.0,21.0,27.0kg.m-3的聚苯乙烯(EPS)泡沫作充填材料的径向不耦合爆破进行数值模拟.分析了在嵌入不同密度EPS泡沫下混凝土爆破中的损伤以及孔壁周围压力、速度和加速度的分布与衰减规律,并与水不耦合以及空气不耦合爆破的数值模拟结果进行了对比,发现EPS泡沫可以有效地吸收爆炸能量,减小孔壁周围混凝土的损伤区范围;其次,EPS泡沫初始密度ρ0对混凝土损伤影响较大,随着ρ0的增大,EPS泡沫吸能减振功效变得相对不明显,通过调整泡沫初始密度或改变装药不耦合系数Kd可取得相近的爆破效果;最后,为了在取得较好爆破效果的同时降低爆破成本建议EPS泡沫填充时Kd取值在2.0以内.