基于监测数据的大跨度悬索桥频率与环境条件的相关性模型

基于环境条件变化会导致桥梁结构模态参数发生改变,从而导致基于动力特性测试的损伤诊断出现误判等问题,对江苏润扬大桥悬索桥的模态频率与环境条件长期监测数据进行处理,采用改进BP神经网络构建实测模态频率与温度、风速及车辆荷载的相关性模型。在此基础上分离环境条件变化对频率的影响,并采用假设检验的方法提出结构损伤预警方法。研究结果表明:基于提前停止技术和贝叶斯正则化技术的改进BP神经网络模型具有良好的泛化能力,可以有效地消除模态频率的环境变异性;采用t检验的方法识别出江苏润扬大桥悬索桥第5阶和第6阶频率的0.16%和0.12%异常变化,具有较强的损伤敏感性,适用于悬索桥结构的在线状态监测和预警。     

环境激励下基础隔震结构时变模态频率的温度效应

基于实测隔震层温度和结构加速度响应数据,分析了环境温度对基础隔震结构模态频率的影响规律.首先,采用小波变换方法识别了基础隔震结构时变模态频率;然后,分别采用单自由度简化模型和双自由度简化模型推导了环境温度对基础隔震结构模态频率的影响机理,对基础隔震结构模态频率与隔震层温度进行了相关性分析,提出温度对模态频率的影响系数,量化了隔震层温度对隔震结构模态频率的影响,并结合隔震支座温度相关性试验,对相关性分析结果进行了验证;最后,通过参数回归分析,提出模态频率与温度的相关性模型,并给出了温度对基础隔震结构模态频率的影响系数曲线.结果表明,实测温度影响系数曲线与隔震支座温度相关性试验结果表现出较好的一致性,可为基础隔震结构的性能评估提供可靠依据.     

基于Rayleigh-Ritz法的复合材料薄壁圆柱壳热屈曲和热模态分析

摘要：热环境中的结构受热效应等的影响,结构刚度会发生变化,进而结构振动模态对几何参数、材料参数等的敏感性也会改变。针对纤维增强复合材料圆柱壳,建立能量方程,计入面内热载荷对圆柱壳做功,使用Rayleigh-Ritz法求解屈曲温度及振动频率等,使用有限元法验证了计算模型的准确性。重点关注了不同的几何参数、铺设角度及铺设方式下温度对圆柱壳的振型的影响。研究结果表明振动模态越接近屈曲模态,温度对频率的影响越大,且各阶振型的周向波数不同,温度对振动频率的影响也不同;圆柱壳越厚或越短,基频振型的周向波数越多;温度小于0.95倍屈曲温度时,温度增加基本不改变基频的振型,但接近屈曲温度时,在某些铺设角度下,某些振型的频率下降至低于原基频,发生振型跃迁。     

温度对桥梁模态参数的影响

从理论上推导了温度对简支梁频率的影响公式,并对一个独塔组合梁弯斜拉桥进行了温度效应和频率影响分析,提出了利用有限元计算来量化温度对复杂结构频率影响的方法.结果表明:环境温度主要通过使结构尺寸变化、使超静定结构产生内力以及使结构材料的力学性能发生改变这3种方式影响结构模态频率,其中结构尺寸变化的影响可以忽略不计;环境温度对结构模态频率的影响程度主要取决于结构形式、材料、截面大小以及结构内力状态.实例分析显示:不同温度模式对结构变形和内力的影响差别很大;体系温差对斜拉桥频率的影响主要是由弹性模量随温度的变化而引起的;主梁温度梯度对频率的影响体现在温度内力的改变上,而索梁温差和索塔温度梯度对频率基本无影响.     

基于人工神经网络的钢结构损伤识别

由于神经网络的非线性映射、自适应及自学习的能力已越来越多地用于结构损伤识别中,本文根据网络参数选择的原则建立了一个三层BP神经网络结构损伤识别模型,对一简支钢板进行了分析。为避免单一频率或模态振型作为输入向量带来的误差,选用与损伤位置和程度相关的组合参数：即结构损伤前后的频率变化平方和少点模态振型作为输入参数。利用训练好后的网络对损伤模型进行诊断和预测,取得了较好的效果。     

基于模态分析的发动机风扇叶片损伤诊断方法

结构故障诊断主要包括结构损伤识别、结构损伤定位、结构损伤程度的标定和评价三个方面内容。而频率、振型、频率和振型相结合的指标在结构故障诊断的三个方面各有优缺点。通过航空涡轮发动机风扇叶片建模,并在其上模拟出健康和损伤状态,选取频率、振型、频率和振型相结合的三类指标,借助ANSYS仿真与BP神经网络,验证了基于模态分析的发动机风扇叶片损伤诊断方法的可行性,并从数值上指出兼顾振型和频率的指标预测效果最优,也具有一定的工程实际意义。     

超宽加劲梁自锚式悬索桥动力特性敏感性分析

为研究超宽混凝土加劲梁自锚式悬索桥动力特性对周边环境的敏感性,采用非线性有限元与子空间迭代相结合的方法,分析恒载集度、环境温度及支座沉降等作用对该类桥梁动力特性的影响.结果表明,成桥状态下结构基频为0.674 Hz,竖向振型起主导作用,但由于加劲梁纵向约束较大,纵飘振型出现较晚;而超宽截面影响结构扭转刚度,扭转振型出现较早,且前若干阶振型出现振型耦合,分析中应考虑加劲梁超宽对自身受力行为的影响.结构自振频率对恒载集度的变化较为敏感,对支座沉降的敏感度则较低;加劲梁竖弯频率对温度变化较为敏感,横向振动相关频率对温度变化敏感度较低.建议在对结构进行动力特性现场试验时,应充分考虑结构恒载集度和环境温度对测试结果的影响.     

钢筋混凝土板模态频率的温度效应分析及剔除方法

考虑到温度荷载作用下钢筋混凝土梁桥的模态参数产生变异,进而导致基于动力指纹的桥梁损伤辨识方法精度降低甚至失效。以钢筋混凝土板为例,提出了一种考虑内部温度不均匀分布特性的模态频率温度效应剔除方法。首先,采用主成分分析算法,提取温度主成分,构造了预测模型输入参数;其次,通过遗传优化支持向量回归,建立了钢筋混凝土板模态频率预测模型;最后,结合钢筋混凝土板模态频率长期观测值,基于训练好的遗传优化支持向量回归模型,剔除温度对模态频率的影响。试验结果表明,该方法能够准确预测不同温度分布状态下的模态频率,并有效剔除温度引起的模态频率变化。     

基于单位载荷变形差值曲率的承载钢结构损伤识别

损伤是影响承载钢结构性能最重要的因素,及时、准确地诊断承载钢结构的损伤是保证系统安全可靠的前提。根据模态柔度比固有频率或振型对损伤更敏感的特点,提出了基于柔度矩阵的单位载荷变形差值曲率法识别承载钢结构的损伤。该方法将基于动力的柔度和静力测试中的变形结合起来,以动力测试数据反映结构静力特征的变化,当有损伤或损伤增大的时候,单位载荷变形差值曲率有更明显的变化。首先,建立了低阶的模态观测数据与柔度矩阵的表达式。其次,推导了单位载荷变形与柔度矩阵的关系,结合曲率模态和变形差值的思想,提出了基于单位载荷变形差值曲率识别承载结构损伤的方法。最后,通过对承载钢结构模型的损伤识别得出:该方法所需模态信息量小,只需一阶频率和振型信息即能够准确定位单损伤、两损伤;对于多损伤可以识别,精度有所下降,但基本可以满足工程要求。     

线性随机系统振动模态参数变异规律的研究

采用MonteCarlo随机有限元方法,对多自由度线性振动系统中由于结构参数的随机变异而引起的模态参数(模态频率、模态振型和模态阻尼比)变异的规律进行了研究.文中首次提出了相对均差系数的概念,应用相对均差系数和变异系数这两个无量纲量,从不同角度定量分析随机系统模态参数的变异性.数值试验结果表明,对于小阻尼比例模型,随着结构参数变异性的增大,系统模态频率均值单调变化,较低阶模态频率均值单调减小,高阶模态频率均值单调增加;模态阻尼比均值单调增加;第一阶模态振型相对均值系统的变化很小.一般地,结构参数的随机变异对模态振型均值的影响大于对模态频率、模态阻尼比均值的影响.     

基于神经网络修正的结构有限元模型简化

介绍了神经网络修正技术在结构有限元模型简化中的应用，并根据实际工程润扬大桥桥塔的现场实测模态数据对所建的有限元模型进行修正简化．建立了结构物理参数与结构自振频率之间复杂非线性关系的BP神经网络模型，反演仿真数据代入的有限元计算结果与实测结果较为吻合，证实了该方法的有效性．     

环状旋转周期结构模态摄动分析

为揭示环状旋转周期结构的模态特性,以含附加结构的薄圆环为研究对象,采用直接模态摄动法建立了该周期结构动力特性近似解析方法,获得了环状旋转周期结构的模态表达式.给出了由附加结构的个数及振型的波数决定的固有频率分裂条件以及标准圆环振型与摄动振型之间的调制规律.研究表明:分裂的频率中余弦项频率值改变,而正弦项频率值保持不变;重根对应的振型被摄动振型的正、余弦项谐波调制,分裂根对应的振型仅余弦项振型被调制,且重根振型的调制程度大于分裂根振型.仿真结果证明了解析结论的正确性.     

基于统计回归模型的红外人脸温度归一化

为了减小环境温度对红外人脸图像的影响,本文提出了一种基于统计回归模型的红外人脸温度归一化方法.为了得到环境温度与红外人脸温谱图在对应像素点灰度之间的关系,将环境温度改变值和对应人脸上的温度变化值作为研究对象,利用统计回归方法对这两个对象进行二次多项式拟合即可得到环境温度变化和对应的人脸上温度变化的函数关系.通过得到的函...     

斜拉桥面内竖向固有振动模型及特性影响的有限差分分析

为研究精确且方便的斜拉桥面内竖向模态频率及振型计算方法,建立了用于模拟斜拉桥面内竖向固有振动行为的主梁集中质量参数体系动力学模型. 该模型考虑了拉索对主梁的竖向弹性支承作用及对主梁不同截面的水平索力投影,通过引入微梁段两侧剪力以模拟主梁弯曲刚度、拉索间运动耦合作用. 基于微梁段间的弯矩平衡和有限差分法,得到了不同体系斜拉桥面内竖向固有振动的频率方程和振型函数,编制了求解程序. 通过分别代入相关研究中算例参数、某斜拉桥参数并对比模态参数理论计算结果、实测频率值,验证了本文建模方法及公式的精确度、适用性. 参数分析结果表明：斜拉桥低阶面内竖向频率受主梁轴力影响较大,轴力增大后会发生低阶频率的跃迁现象;发生断索对各阶频率值的影响效应与拉索锚固处主梁质点的对应阶次振型参与系数相关.     

复合材料液压机偏载预应力下的模态分析

液压机模态分析是整个液压机结构动态设计的核心.通过对YT71S-2400复合材料液压机的模态分析,得到液压机-模具耦合结构在偏载预应力状态下的固有频率和振型,并对该状态下的前10阶模态进行振动特性分析,得出该耦合结构的有害振型及其位置,为液压机整体设计提供动态特性参考.同时,通过该研究还得出了该液压机-模具耦合模型在偏载预应力状态下的最小频率远大于其工作频率,不会产生共振,但处于次声波范围内,需要注意防护可能产生的噪声污染.     

多层冷弯薄壁型钢结构气弹性模型的设计与制作

气弹性模型是研究结构风致响应试验的基础。为进行多层冷弯薄壁型钢结构的风致响应试验,对某4层冷弯薄壁型钢结构气弹模型的设计、制作、模态测试过程进行了详细论述。首先在有限元中建立结构原型,给出气弹性模型设计需要满足的相似准则,然后设计建立气弹性有限元模型,最后对制作出的气弹性模型进行模态测试试验。结果表明:有限元中气弹性模型前3阶频率与原型接近,振型基本相同,主要参数均满足相似准则;制作的气弹性模型主要频率、阻尼比、振型都与原型基本吻合,验证了模型制作的合理性。     

长输管道悬索跨越结构损伤的试验模拟与识别

结构的损伤会导致结构模态参数的变化,通过获取不同损伤模式下结构的模态参数并经过分析对比,可实现对结构的损伤模式识别.为此,针对咸阳至宝鸡天然气输气管道工程的渭惠渠悬索跨越结构,制作了缩尺比例为1∶8的悬索桥模型结构,针对悬索桥模型结构进行了完好状态和3种基本损伤模式状态下的输入白噪声和地震波的振动试验研究,得到了多组长输管道悬索桥模型结构在完好状态和不同损伤状态下的频率参数;且采用目前广泛应用的神经网络BP网络实现了对长输管道悬索桥完好状态和3种主要损伤模式的识别.     

温度对桥梁动力特性的影响研究

摘要：环境因素（如温度和行车荷载等）变化会引起的结构动力特性的变异,因此,在基于振动的结构健康监测和损伤识别技术中,如何区分环境因素变化与结构损伤所引起的结构动力特性的变异性,并量化环境因素对结构动力特性的影响显得非常必要。本文在吉昌特大桥通车前对其主桥和引桥的动力响应和温度分别进行了测试。首先,用模态自动识别程序识别得到两座桥的前三阶模态。其次,得出箱梁桥的前三阶模态频率和T型梁桥的第三阶模态频率与温度具有显著的负相关性的结论。最终,分别建立了两座桥的动力特性与温度之间的线性回归模型。     

超声行波微流体驱动的流动特性分析

研究了超声行波驱动圆环模型的流动特性与影响因素.通过模态分析确定了模型的最佳驱动方式;通过谐响应分析和瞬态分析得到圆环形微管道内壁的振动位移分布以及行波运行情况;通过流固耦合分析得到微管道内流体的瞬时流动速度、时间平均速度以及各种参数对流动特性的影响.结果表明,圆环模型能在管道壁面产生较规则的行波从而推动管内流体流动.微管道内瞬时速度为正弦脉动量,时间平均速度为非对称的抛物线结构.该抛物线结构的形状受驱动频率的影响较大而受驱动电压影响较小,形状发生改变的频率范围在2kHz—2.5kHz之间.流体平均速度随粘度的增加而降低,首次发现流体粘度在0.07Pa.s时近壁开始出现反向流.此外,分析还发现耦合面结构对流体平均速度有较大影响.     

扇级凸肩叶片流固耦合振动响应分析

在ANSYS Workbench中,联合Transient Structural和CFX模块对航空发动机扇级叶片进行双向流固耦合振动行为研究。分析叶片转速和凸肩结构对叶片模态频率、模态振型以及气弹稳定性的影响。结果表明,转速增加对叶片的预应力模态频率提高显著,但对模态振型的改变微乎其微。施加凸肩结构不仅能提高模态频率,而且对模态振型改变较大,明显地减小了振动位移。在叶片上,合理的凸肩安装位置不仅能提高叶片气弹稳定性和运行的平稳性,而且能降低高周疲劳破坏的几率。