未知外部荷载下结构的在线损伤诊断

结构在线损伤诊断是目前土木工程界关注的热点问题之一.针对该问题进行研究,根据部分观测的结构加速度响应信号,基于扩展卡尔曼预测和优化函数对结构进行在线的物理参数识别及结构刚度突变的追踪,同时利用最小二乘识别未知外部荷载.数值算例表明,本文提出的算法能够较准确地识别系统参数和未知外部荷载,并且判断结构刚度损伤发生的时刻、位置和程度,且具有一定的抗噪性.     

基于部分观测剪切框架结构绝对响应量的地震激励的广义识别方法

地震激励和结构状态的准确信息是进行结构地震安全性评价和振动控制的前提.当不测量结构的地震激励时,地震激励的识别可作为逆问题,依据测量的结构响应来判断地震激励.尽管已经发展了一些相关的识别方法,但现有方法仍存在一定的局限性或缺陷.为了避免这些问题,该文提出了一种基于未知输入的广义卡尔曼滤波(GKF-UI)多层剪切框架的地震激励的广义识别算法.当不测量结构受到的地震作用时,结构健康监测(SHM)系统测量的数据是结构的绝对响应,因此,结构运动方程的推导建立在绝对坐标系下,其中未知地震激励作为未知外力作用于结构上.该算法可在不观测未知外力作用处的结构绝对加速度响应的情况下,识别结构状态和未知地震激励.提出的GKF-UI的推导基于经典卡尔曼滤波器(KF),但在结构加速度传感器的部署中,它比现有的基于未知输入的卡尔曼滤波器(KF-UI)的荷载辨识方法更具有普遍适用性.通过数值算例中一个6层剪切框架的地震激励识别,验证了该算法的有效性.     

基于变换空间法的结构参数识别及地震输入反演

针对地震作用下结构参数识别及未知输入反演问题,本研究提出一种仅观测部分自由度绝对加速度响应识别结构参数及反演未知输入的方法.首先,该方法基于变换空间法和最小二乘法,直接识别一层以上的结构阻尼和刚度参数;然后,利用识别得到的模态信息,求解一层刚度参数;最后,将动力方程转变到变换空间内,建立相邻采样时刻地震动输入的相关关系...     

剪切框架在未知地震作用下的识别方法及试验验证

针对框架结构的绝对加速度响应部分观测、地震作用未观测的情况,提出一种多层剪切框架结构诊断的方法.该方法先依次采用扩展卡尔曼估计和递推最小二乘法对1层以上结构的扩展状态向量和未知作用力进行递推;然后利用结构频率特征方程,对第1层的结构参数进行估计;最后基于数值求解一阶微分方程,识别未观测的地震作用.通过1个4层框架试验,表明该方法能够很好地识别出结构参数和地震输入.     

一种改进的桥梁结构物理参数识别算法

为了解决悬臂型桥墩结构在输入信息未知条件下的物理参数识别问题,采用将松弛法与改进的全量补偿算法结合起来的算法,通过对参数的离散化,对输入未知条件下的一悬臂型桥墩结构的多个物理参数进行了识别。结果表明:无噪声条件下,结构各物理参数识别精度较高;添加不同噪声后,由于Rayleigh阻尼中质量和刚度阻尼系数的数量级差别较大,以致质量阻尼系数的识别结果相对误差明显较刚度参数大,但均在精度要求范围之内。该改进的算法不仅理论上更加完善,同时也具有很高的识别精度和一定的收敛速度,为弯曲型结构物理参数识别研究提供了一种新的方法思路,便于工程应用。     

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.     

复杂结构刚体惯性参数识别方法与试验

为了高效精确地识别复杂结构刚体的惯性参数,基于频响函数质量线法,设计了惯性参数识别试验装置。采用多体动力学仿真分析了系统刚度与阻尼、噪声、激励点坐标误差、响应点坐标误差、激励角度误差以及传感器安装角度误差对惯性参数识别精度的影响规律。借助搭建试验装置,对已知惯性参数的样件进行识别,惯性参数误差都在5%以内。表明基于频响函数质量线法的试验装置可以高效精确地识别复杂结构刚体的惯性参数。     

基于自适应扩展卡尔曼滤波的 消能减震结构及附加阻尼力识别

针对消能减震结构中阻尼器提供的阻尼力难以直接测量,对其性能及状态进行评估较为困难的问题,提出了一种基于自适应扩展卡尔曼滤波的结构参数及未知激励识别方法,并将其应用于消能减震结构的阻尼器特性识别. 当阻尼器结构模型已知时,该方法可对阻尼器参数进行识别;当阻尼器结构模型未知时,阻尼器对结构提供的附加阻尼力可视为结构所受附加未知激励,同样也可由该方法进行识别. 采用一个多层剪切框架结构和一个多层加装阻尼器的消能减震结构作为数值算例,并采用一个单层加装阻尼器的剪切框架结构作为试验算例,验证了所提出的方法的有效性和可行性. 所提出方法可为消能减震结构中阻尼器的特性识别及性能评估提供更多的依据.     

悬挂结构地震动力反应分析计算

利用拉格朗日方程建立了核筒悬挂结构体系运动方程.考虑到大位移非线性的影响,采用Runge-Kutta方法求解体系地震动力响应时程.计算结果表明悬挂体系能明显减小楼层层间位移、速度及加速度,减震效率接近90%.核筒截面抗弯刚度对其截面内力与筒身水平位移影响最显著,截面内力随其增加而增加.吊杆长度及阻尼器的阻尼系数对截面内力的影响较小.阻尼系数对层间位移及截面内力存在优化值.楼层位移、楼层速度及加速度随阻尼系数减小单调减小.     

工程结构动力响应的广义维数计算理论基本问题研究

分形在结构损伤识别中的应用还处于理论研究阶段,其中研究较多的是计算结构动力响应(位移、速度、加速度)的广义维数,以广义维数作为识别结构的损伤位置和损伤程度.由于结构动力响应的特殊性,需要针对具体问题确定广义维数计算中的几个参数(划分总数、嵌入维数、数据长度)的选取原则和方法.以单自由度系统有阻尼自由振动为参考模型,详细研究各个参数的估算方法或经验取值范围,供实际工程计算时参考.     

基于粒子滤波的结构参数和荷载同步识别方法

在输入荷载未知的情况下,为解决结构参数和荷载的同步识别问题,将速度、位移、结构参数和输入荷载同时作为状态值构建状态空间方程,选用非线性性能较好的粒子滤波辨识结构参数与荷载.针对利用加速度进行荷载识别时出现的漂移问题,采用梯形积分和零相位高通滤波,通过测试得到加速度计算速度、位移数据,并运用计算值更新粒子滤波求得的速度、位移状态值,从而消除漂移现象.数值算例表明,文中方法能同时识别结构参数和荷载值,与真实值的误差较小,可有效解决识别过程中荷载识别值漂移的问题.     

基于ASCE SHM Benchmark模型的两阶段结构损伤识别方法

近年来,一种激励未知和输出部分已知条件下结构局部损伤识别的新方法得以提出,这种方法能基于子结构思想进行复杂结构的局部损伤识别,基于此方法,提出两阶段的损伤识别策略,并将其应用于第1阶段ASCE SHMbench-mark模型的case 4的4种损伤识别,以检验此方法的有效性.在第1阶段,提出8-DOF的损伤模型以进行损伤层的定位;第2阶段,利用子结构的思想,提出12-DOF的损伤模型,在包含损伤层的子结构中对损伤进行准确识别和定位.采用扩展卡尔曼方法对增广状态向量进行估计并使用最小二乘对未知激励进行递推,识别未知激励下的结构物理参数.损伤识别的结果显示,此方法能高精度地识别benchmark模型的各种损伤情形.     

内置悬置轮毂电机驱动系统参数灵敏度分析

轮毂电机驱动电动汽车将电机、轮毂、减速机构等集成于车轮内,这种高度集成不仅会造成非簧载质量的增加,路面激励引起的轮毂电机气隙不均匀还将导致电磁振动激励的进一步恶化.针对上述问题,基于笔者前期提出的一种新型内置悬置系统的电动轮拓扑结构方案,文中建立了新型电动轮车辆振动模型,推导出了多质量系统车身加速度、车轮相对动载、悬架动挠度及定转子相对位移等车辆平顺性指标对路面不平度速度输入的频响函数,通过车辆平顺性指标对电机质量、定转子质量比、轴承刚度、悬置元件刚度等重要结构参数的灵敏度分析,了解系统参数对各平顺性指标的影响.结果表明:悬置元件的阻尼对车身振动加速度和悬架动行程影响最大,其灵敏度分别达到10.33和10.21;定转子相对位移对轮毂轴承刚度最为敏感,其敏感度达到12.07;轮胎动载则对电机总质量最为敏感,其敏感度达到10.49;上述各参数中,电机定转子质量比对各振动响应量的影响均较小.     

核筒——三个悬挂体结构地震动力反应分析

用拉格朗日方程建立核筒悬挂结构的运动方程,并且考虑了大位移非线性的影响。运用 Longe - Kuta 方法求出体系的地震动力响应时程。由计算结果得出核筒悬挂结构可以大大的减小层间位移、楼层位移、楼层速度和楼层加速度,减震效率达90%。核筒截面抗弯刚度对截面内力和筒身水平位移影响非常大,截面内力随着抗弯刚度的增大而增大。阻尼系数和吊杆长度对截面内力的影响非常小。楼层位移、楼层速度和楼层加速度随阻尼系数的减小而减小。     

机械振动和地震激励下的风电基础动力仿真

采用Matlab/Simulink软件分别对机械振动激励和地震激励作用下的风电基础进行了动力仿真分析.基于有限元软件ANSYS对风电基础的动力学参数进行了计算.采用时程分析法对风电基础在输入机械振动激励和地震激励时的位移、速度和加速度时程曲线进行了仿真.研究了黏性阻尼系数和刚度对风电基础动力响应的影响.研究结果表明,风...     

五参数Maxwell阻尼减震系统非平稳响应解析分析

对单自由度带支撑五参数Maxwell阻尼耗能系统非平稳随机响应进行系统研究。基于积分微分方程实现结构时域非扩阶精确建模;采用传递函数法,直接在耗能结构原始空间获得减震系统在任意的激励和非零初始条件下结构位移和速度、支撑和阻尼器位移与速度以及阻尼器受力的时域响应精确解;进而针对7种经典调制白噪声地震激励和2种四参数可调的巴斯金谱地震激励,获得减震系统的结构位移与速度、支撑和阻尼器位移与速度以及阻尼器的受力随机平稳响应方差精确解;并使耗能结构系统非平稳随机响应的解析分析与计算完全转化为减震结构在原始空间的特征值解析分析与计算;从而构建了基于减震结构的非扩阶特征值分析,获得带支撑单自由度五参数Maxwell阻尼减震系统非平稳地震响应解析解的一套方法。     

随机地震激励下基础隔震结构的复模态解析法

运用复模态方法,系统研究了基础隔震结构在随机地震激励下的响应.由于基础隔震结构运动方程为非经典阻尼和非对称质量、刚度情况,故采用复模态解耦振动方程,得到基础隔震结构的响应解析解.     

黏滞阻尼器附加刚度对结构抗震性能的影响研究

为研究黏滞阻尼器附加刚度对结构抗震性能的影响,提出了考虑附加刚度影响的多自由度黏滞阻尼减震结构的分析模型,探讨了考虑附加刚度影响的结构动力非线性方程的求解过程,基于Matlab语言编制了非线性时程分析程序,并通过五层和十层算例研究了附加刚度对减震结构动力响应的影响,结果表明:附加刚度对黏滞阻尼结构的层间位移和顶层加速度的影响随地震输入的增大而增大,黏滞阻尼系数应根据结构刚度在一定范围内取值,附加刚度对减震结构的加速度响应具有放大作用。     

轨道交通隧道基底刚度对共建结构的振动影响分析

为了探明建筑物与轨道交通隧道共建时隧道基底刚度对系统振动的影响,建立列车-轨道-隧道-土层-建筑物系统耦合振动模型,列车-轨道动力学模型和隧道-土层-建筑物有限元模型通过扣件力进行参数传递,对隧道基底土层加固为不同刚度时隧道结构以及建筑物结构振动位移、速度、加速度响应进行了时程分析、频谱分析和振级分析等.结果表明:隧道基底刚度越大,其下沉位移越小,隧道结构振动速度突变越大且振动速度的周期性越不明显,但振动位移的振幅变化与隧道基底刚度没有严格的相关性;隧道基底刚度对隧道振动加速度影响的主要频率为1~5Hz的低频部分;隧道基底刚度对于建筑物结构振动有较大影响,主要集中于低频范围,影响幅度可达10dB.     

拱型结构振动控制的探讨

将控制技术运用到拱型结构的振动控制中,运用单点和多点控制方法,将主动控制力表示为位移,速度和加速度的纯性函数在频率域内探讨了拱型结构某些关键部位的加速度频率响应随南运动频率变化情况,研究了主动控制力参数对加速度响应的影响,并对带有主动控制装置的拱型结构在随机激励作用下的响应进行分析,