染色体长度自适应调整的遗传算法在损伤位置识别中的应用

研究了改进的遗传算法在结构损伤位置识别中的应用。首先介绍了遗传算法在结构损伤模式识别中的应用,然后由染色体中局部区段损伤值缺损的特性,对遗传算法提出了对应的改进原理,通过对遗传算法的损伤模式搜索过程中染色体长度的自适应调整,缩小损伤位置的搜索范围,减少计算量。四边固支板结构损伤诊断位置的搜索过程验证了该改进的算法是有效的。     

遗传算法在结构损伤模式识别中的应用

研究了遗传算法在结构损伤诊断中的应用。将结构的损伤诊断问题等价为结构的损伤模式的识别问题,并应用遗传算法的全局搜索功能来实现损伤状态的优化识别。其中应用结构的第一阶振型变化率作为结构的损伤诊断标识量,从而减小遗传操作的种群规模,极大的提高了遗传算法的计算效率。四边固支板结构的单位置以及多位置损伤诊断算例说明了该方法是可行的,具有较高的识别精度。     

加筋板结构在冲击载荷作用下的塑性动力响应

采用能量原理和刚塑性材料本构模型，对冲击载荷作用下的矩形加筋板结构的塑性动力响应进行了分析．应用极限原理导出了静力极限变形模态及变形模态判别条件；认为动力响应的变形模态与静力极限变形模态相同，计及板的膜力和加强筋轴力的影响，导出了塑性动力响应的运动控制方程．最后应用本理论和ＡＤＩＮＡ程序对固支加筋板结构进行了求解．     

加筋弧结构在冲击载荷作用下的塑性动力响应

采用能量原理和刚塑性材料本构模型，对冲击载荷作用下的矩形加筋板结构的塑性动力响应进行了分析。应用极限原理导出了静力极限变形模态及变化模态判别条件；认为动力响应的变形模态与静力极限变形模态相同，计及板的膜力和加强筋轴力的影响，导出了塑性动力响应的运动控制方程，最后应用本理论和ＡＤＩＮＡ程序对固支加筋板结构进行了求解。     

基于裂纹等效扭转弹簧模型的裂纹梁振动分析

基于开裂纹的等效扭转弹簧模型,研究了裂纹梁动力特性和动力响应的计算方法.在给出裂纹梁等效抗弯刚度的基础上,建立了一种新的裂纹梁动力控制方程通解的求解方法,给出了具有任意条裂纹Euler-Bernoulli梁振动模态的统一显示表达式.数值分析了简支、悬臂和两端固支裂纹梁的自振频率和振动模态,并研究了简支裂纹梁在集中简谐载荷作用下的动力响应,考察了裂纹条数和深度等对裂纹梁动力特性和动力响应的影响.结果表明:随着裂纹深度和条数的增加,裂纹梁的自振频率减小,且当裂纹较深时,裂纹深度对自振频率的影响更为显著;裂纹梁的模态曲线在裂纹处呈现尖点,其尖点处斜率的改变随裂纹深度的增加而增加,且当裂纹处的弯矩为0时,裂纹对梁的模态和频率没有影响;由于裂纹梁的模态仍满足正交性,因此可采用模态叠加法分析裂纹梁的动力响应.     

裂纹尖端塑性损伤场及近场损伤准则

本文应用损伤理论研究裂纹尖端区域,得到了裂纹尖端的损伤场。根据细观实验分析提出了一个近场损伤准则,建立了宏观力学参量与材料细观组织参量之间的关系,并用实验结果进行了验证。     

基于结构响应的损伤诊断方法及其应用

为适应在线结构健康监测的要求,基于统计模式识别技术提出了一种新的结构损伤诊断方法.采集结构在健康和损伤两类工况下的动力响应数据,并对数据样本分段建立ARMA模型,对模型中的AR参数进行特征提取,获得主成分矩阵.计算健康、损伤状态主成分矩阵间的Mahalanobis距离.分析结果发现,损伤前后两状态Mahalanobis距离存在差异,因而提出以该距离的平方值作为损伤敏感特征DSPR,并建立基于假设检验t检验的方法辨识结构的状态.以环境激励下IASC-ASCE Benchmark结构的损伤试验为例,运用该方法进行了损伤诊断研究.试验表明,损伤敏感指标DSPR可有效辨识结构的健康与损伤状态,具备在线实时损伤诊断的应用价值.     

焊接结构损伤区细观裂纹扩展的分形特征及其多尺度损伤表征

为了研究焊接结构破坏过程中的宏细观损伤演化特征及其表征方法,以含细观裂纹的焊接构件为对象,采用X-CT(X射线计算机断层扫描)和电测技术同步记录试样内部细观结构和宏观力学性能变化过程.实验发现,试样变形过程中试样在弹性模量减小的同时,其内部细观裂纹不断萌生、扩展和聚合,扩展形态表现出显著的分形特征,且分形维数随试样塑性变形呈线性增加的趋势.综合考虑裂纹扩展形态的分形维数度量与裂纹扩展的物理意义,提出了一种多尺度损伤表征方法,以同时描述结构宏观损伤特性与内部细观裂纹扩展特性,并用传统的损伤量化方法进行验证.结果表明,新的多尺度损伤表征方法能够很好地描述细观裂纹到宏观损伤的多尺度演化过程.     

损伤对板结构振型影响的研究

分析了板结构的局部损伤对结构的低阶以及高阶振型的影响。假设损伤后的低阶振型为原振型乘以修正函数,采用附加刚度描述结构局部刚度的下降,从连续振动方程推导修正函数的形式,并对修正函数进行分析。分析结果表明,板结构的一阶振型具有更好的损伤定位性能,适合应用于构造损伤标识量。     

基于均布荷载面曲率的板类结构损伤定位研究

基于均布荷载面曲率方法对不同工况下的板类结构进行了损伤定位.该方法仅需要板结构损伤前和损伤后的前三阶模态频率和模态振型就可准确定位损伤位置.采用中心差分法构造了x和y方向的均布荷载面曲率,并成功地运用到板类结构的损伤定位中.数值模拟讨论了固定支承和三边固支时3种损伤情况下均布荷载面曲率方法的定位效果.研究发现:固定支承板中度面损伤时,均布荷载面曲率方法仅用第一阶模态数据就能有效定位损伤;而且均布荷载面曲率差值随着参与模态阶数的增加收敛得很快;轻度点损伤和多处损伤能够大致定位.     

基于振动信号降噪的钢板件损伤定位

为了实现汽车船舶等行业中钢板件的结构健康监测,针对冲击、碰撞损伤发生时的振动信号,提出了一种结合小波包阈值降噪(WPT)和集合经验模态分解(EEMD)降噪的方法来提高损伤源的定位精度。首先,设计了动态环境下钢板件的冲击损伤试验系统并进行实验方案设计,采集了损伤时刻数据;其次,通过对损伤信号进行WPT-EEMD降噪有效提高信噪比,并利用阈值检测获得信号到达各传感器的时间;最后,基于延时叠加算法,完成了钢板件中损伤区域的定位成像。实验结果表明,该方法可在动态环境下有效定位出钢板件上冲击损伤发生的位置,为解决动态无损监测问题提供了思路。     

根据损伤扩展力预测压电断裂载荷

运用连续损伤理论,提出了两种预测压电断裂载荷的模型.模型1以力损伤扩展力作为依据;模型2则以力电损伤扩展力的线性组合作为依据.分析发现,模型2预测的断裂载荷比模型1标准差更小,因此力电损伤扩展力对断裂都有影响.从模型2的参数中可以看出,力损伤扩展力比电损伤扩展力对压电断裂的影响更大.     

钢结构箱体内爆作用下毁伤破坏试验研究

为研究钢结构箱体在内爆作用下毁伤破坏效应,对TNT在钢结构箱体内部爆炸进行试验研究.试验中采用常用4舱室结构为研究对象,通过改变装药量研究钢结构箱体的毁伤破坏,得到了不同装药量情况下箱体结构的破坏毁伤程度及破坏特征.研究结果表明:钢板箱体在结构内爆炸荷载作用下,随着装药量的增加,毁伤程度逐渐增加,完全密闭舱室的顶盖钢板由轻微隆起逐渐增加为加筋端部出现裂口,破坏模式由起爆舱室内内侧隔板及顶盖钢板轻微变形逐渐增加为明显变形及自由通道一侧隆起加剧,直至顶盖加筋处出现裂口及内侧隔板顶部断裂破坏.      

简支梁桥多位置损伤的检测方法

针对简支梁桥结构的安全监测和评价问题 ,研究了3种多位置结构损伤动力学检测方法。分析了柔度差方法应用于多位置损伤检测的局限性。提出柔度曲率的概念 ,只需结构前 2或 3阶振型和频率数据即可准确识别出结构多个损伤位置 ,有限元仿真实验结果验证了该方法的可行性和正确性。在研究敏感度矩阵计算的频率模式与实际频率相对变化模式相关性的基础上 ,改进了多位置损伤定位置信准则( m ultiple damage location assurance criterion,MDL AC)方法 ,算例表明该方法只需 10阶左右的模态频率就可预测结构上多个位置的损伤     

基于小波分析的弹性板损伤识别

以含有损伤的四边简支矩形板为研究对象,采用等效刚度代替板内损伤带的刚度,建立了含有多条损伤带的弹性板有限元模型.运用有限元法分析板的振动特性,由Lanczos法计算得到沿板边两个方向的转角模态.通过对板的转角模态进行db1连续小波变换,利用小波系数模极大值点判断板内损伤带的位置,给出了一种识别弹性板损伤的方法.通过对一含3条损伤带的四边简支矩形板进行损伤识别,验证了方法的有效性.     

损伤与断裂耦合效应的能量理论研究及应用

以Ⅰ型裂纹为主要研究对象,基于能量法和损伤能量释放率的概念,推导出一种用于描述裂纹尖端邻域内损伤场与断裂场的耦合效应参数:损伤型能量释放率.运用双G模型理论,应用ANSYS仿真分析三点弯曲梁的裂纹扩展过程,把得到的损伤型能量释放率结果与损伤断裂的参数进行对比分析.结合盖下拱坝工程有限元模型,将人工底缝前沿损伤型的能量释放率、平均损伤、能量释放率以及损伤能量释放率4者随水位变化的发展进行比较,说明该参数可以综合考虑损伤与断裂的耦合效应.此外,建立了该参数的应用模式.     

6061铝合金平板对接焊接接头拉伸性能研究

采用TIG焊获得6061铝合金平板对接焊接接头,在万能拉伸机上进行拉伸试验;应用双孔微剪切试验结合有限元计算,用反推法得到焊缝和热影响区的力学性能参数及损伤参数;应用ABAQUS/Explicit模拟平板对接焊接接头在拉伸载荷作用下的变形和损伤行为,并与实验结果进行对比.结果表明,仿真结果与实验结果吻合得很好.改变不同区域的损伤参数,发现弱化区的损伤参数对仿真结果影响最为明显,因此要得到屈服强度及断裂强度较好的焊缝主要是控制弱化区的材料性能.     

基于曲率模态和神经网络的结构损伤识别与仿真

探讨用曲率模态和神经网络对混凝土结构裂缝进行损伤识别和定位的方法.以一矩形截面悬臂梁为研究对象,通过完好结构和损伤结构的有限元分析,获得损伤标识量,输入Elman神经网络进行训练,以损伤位置和损伤程度作为网络的输出参数,进行单处损伤和多处损伤的定位研究.数值仿真结果表明,曲率模态振型对结构的损伤敏感,采用曲率模态和神经网络结合的方法可以同时确定结构损伤的存在、程度和位置,并且可以用于结构多处损伤的检测.该方法对于实际工程结构的损伤识别具有一定的指导意义.     

基于遗传算法的二阶段结构损伤探测方法

为了有效地进行工程结构的损伤识别,提出了一种基于遗传算法的二阶段损伤探测方法.首先利用基于频率的多损伤定位准则和基于位移模态的多损伤定位准则分别计算出有关损伤的初步决策,然后利用信息融合技术中的证据理论方法,将两者的初步决策进行融合,从而获得较为精确的损伤位置估计,最后在已识别出的可能损伤单元的基础上,利用改进的遗传算法进行更精确的损伤位置和程度估计.数值仿真结果表明,采用证据理论进行融合可以获得较为精确的损伤位置估计,比单纯的多损伤定位准则识别效果更好,而采用改进的遗传算法则可以更为精确地判定损伤的程度,优于简单的遗传算法.