基于递归矩阵奇异熵的损伤识别方法

对递归图方法在土木工程结构损伤检测中的适用性进行研究,对环境激励的结构响应信号采用多变量融合的方法,并扩展到高维相空间中,研究信号在高维空间中临近点的分布规律和运动特点,采用递归图理论,结合奇异熵理论提出一个新的递归量化指标——递归矩阵的奇异熵,将其作为损伤敏感特征指标,用于结构的损伤识别。数值算例验证了该指标的有效性     

白噪声激励下的复合材料层合结构损伤检测的内积向量法

利用白噪声激励下结构各测点的动力学响应之间的互相关函数,引入了内积向量（Inner Product Vector,IPV）的概念,提出了应用内积向量进行结构损伤检测的方法,并分析了测试噪声对基于内积向量的损伤检测方法的影响。通过对复合材料层合梁的分层损伤检测仿真算例,验证了该方法检测损伤的有效性以及较高的抗噪能力。     

多源激励作用下结构振动响应的试验研究

多个振动源激励是船舶等复杂结构振动响应的显著特点,相应的规律研究具有重要意义。发展了多源激励条件下结构振动响应的试验测量方法,并应用于不同圆柱壳体结构振动特性测量试验。测量结果表明：相位对结构的振动响应和激励源间的耦合关系影响较大,局部频率下结构的振动响应存在较大的非线性。激励源不相关时,振动响应测量结果与有限元预测结果吻合较好,初步验证了测量方法的正确性。     

基于混沌激励与吸引子分析的结合面损伤识别方法

工程结构在使用寿命周期内,各种环境因素会导致结合面出现损伤,从而威胁结构的完整性和功能性,甚至诱发安全事故。研究了一种利用混沌激励与吸引子几何特性进行结合面损伤识别的方法,采用混沌振动信号激励待测结构,对采集到的加速度响应信号进行相空间重构,并构造了一种基于吸引子局部方差计算的特征参量用于损伤识别,同时研究了影响特征参量的主要参数。设计了悬臂梁结合面损伤识别实验,控制固定端螺栓预紧力的下降来模拟结合面损伤,利用上述方法对结合面的损伤状态进行了识别。结果表明：本文方法能够识别结合面的损伤状态,所构造的特征参量随损伤程度改变单调变化,响应测点配置、特征参量计算参数等对损伤识别的效果有影响。     

结构损伤诊断的轴向振动原理及模态实验

在理论推导梁轴向振动微分方程基础上,提出一种以轴向振动低阶模态振型二阶导数为损伤指标的结构损伤识别方法。在方钢管构件上布置加速度传感器进行轴向振动模态试验,测试时由信号发生器发出正弦波信号,经功率放大器放大后通过电磁激振器对结构进行激励,同时采集各测点的加速度反应信号。在确定结构共振点后,根据共振点处加速度值,编制轴向振动损伤指标的计算程序,分析结果表明该指标对结构损伤的位置和程度均很敏感,既能精确定位损伤,又能标定损伤程度,即在损伤位置将发生相反方向的突变,且突变幅度随损伤程度增大而增大。     

基于随机振动响应互相关函数的结构损伤识别试验分析

提出了基于结构振动响应互相关函数分析的损伤识别方法。通过八层剪切型钢框架结构模型在模拟白噪声随机激励作用下的试验分析,利用相邻测点响应的互相关函数幅值向量变化,构造损伤识别因子进行结构损伤判定、定位及程度量化,结果表明该方法对结构损伤的识别具有很好的简易性及有效性,并为结构在线监测和分散式检测提供方法参考。     

基于振动响应时频分析的桅杆损伤识别方法

桅杆的模态参数和刚度对纤绳平衡张力、激励和环境条件比较敏感,导致目前比较有效的结构损伤识别方法和指标难以直接应用。为此,探索了基于测点振动响应时频分析而不依赖模态信息的桅杆结构损伤识别方法,提出利用结构测点振动响应的Wigner-Ville分布交叉项统计量WCS(WVD Cross-term Statistic),通过比较损伤前后统计量的相对变化量来进行损伤识别。算例分析结果表明,利用测点振动响应的损伤识别指标WCS相对变化量,除能识别杆身单个不同程度的损伤位置以及多个损伤外,还能分辩出纤绳的损伤特征。通过增大激励的幅值和增加测点的数量,可以提高识别的精度和指标的灵敏度;基于测点位移响应与基于测点加速度响应的损伤识别指标相比,具有更好的损伤识别效果。     

重力坝动力特性测试方法模型试验研究

目前水工结构的动力破坏特性越来越受到关注,其中动力特性是其研究的一个重要方面。通过模型试验的方法研究重力坝模型动力特性的测试方法。重点研究了环境激励法测试结构动力特性的效果,并与传统测力法进行了比较。试验结果表明采用环境激励的方法,可只根据结构的振动响应数据,有效地测试结构的动力特性。并且在不同大小环境激励下结构的振型没有发生变化,频率与阻尼比变化很小。试验结果还表明通过环境激励法与通过传统激励法测试的振型、频率与阻尼比相差很小,可认为采用这两种方法测试的结构动力特性一致。同时还说明环境激励法可有效地测试有损伤结构的动力特性。试验结果为使用环境激励法测试实际在线重力坝结构的动力特性提供了依据。     

流体引起的空调管路振动分析与实验研究

结合流体动力学和结构动力学分析了空调室外机管路系统由流体引起的振动问题。采用有限元方法建立了管路系统的动力学模型,并通过模态试验验证了模型的准确性。使用流体动力学方法分析了管内流场,获得管道内壁的表面压力,并以压力作为激励,结合实验验证后的管路动力学模型进行了谐响应分析。通过管路ODS(Operational Deflection Shapes)实验,验证了由流体引起的管路振动分析方法的可靠性和有效性。研究表明:管路理论模态分析与实验结果基本吻合,确保建立的动力学模型的准确性,为后续分析的准确度提供了基础;管路振动分析与ODS实验对比结果在低频段理论与实验吻合较好,而在高频段误差较大。分析了误差产生的原因,为后续研究指明了方向。     

异步两点激励振动试验系统相位差校准的实现

异步两点激励振动试验系统相位差控制的准确度直接影响台面振动条件的输出,对其进行相位差的校准是非常必要的。本文基于LabVIEW,以多重相关法和频谱分析法为理论基础,开发相位差校准软件,并对两种方法进行评估。搭建用于进行同频正弦振动信号相位差测量的相位差校准平台,采用该相位差校准平台实现某型号异步两点激励振动试验系统相位差校准,验证了相位差校准平台具有较高的准确度以及有效性。     

基于时域响应相关性分析及数据融合的结构损伤检测研究

基于时域振动响应的结构损伤检测方法因其便于实现在线监测受到了越来越多的关注。该文回顾了两种利用时域响应相关函数建立的结构特征向量(即内积向量及互相关函数幅值向量)及其对应的损伤检测方法。为了从时域响应相关函数中提取更多的结构健康信息,通过利用不同的结构响应组合,将上述两种结构特征向量扩展到了多种结构特征向量,并进一步采用数据融合理论,提出了检测精度更高的结构损伤检测方法。针对8层框架结构损伤检测的试验研究结果表明,该文方法可以对框架结构上的微小损伤进行定位。     

Assessing the Scaling Subtraction Method for Impact Damage Detection in Composite Plates

The scaling subtraction method (SSM) is a non-destructive measurement approach used to extract nonlinear features from the elastic response of a structure. As such it can be used for damage detection purposes by identifying nonlinearities that may result from the presence of micro cracks or inclusions in granular and metallic materials. The effectiveness of such a technique to detect the presence of damage modes typical of laminated composite materials has not been yet assessed. With the purpose of filling this gap, in this paper the SSM is applied to inspect two laminated composite plates with different sizes, impact positions and sensor arrangement. Intact and damaged specimens are tested under harmonic excitations of different amplitude and frequency (the latter selected among the ultrasonic natural frequencies of the two plates). For each excitation case the recorded vibration signals are subtracted from the linearly rescaled reference signals and the SSM nonlinear indicators are calculated. The sensitivity of the method to the presence of damage is assessed in different sensor-receiver scenarios as well as for different excitation frequency and amplitude levels. Finite element numerical investigations are also performed to make comparisons with the experimental results.     

利用振动响应协方差参数和数据融合的损伤识别方法

使用结构加速度响应协方差和应变响应协方差参数以及基于贝叶斯估计的数据融合理论进行结构损伤判定和损伤位置识别,理论推导证明响应协方差参数是结构模态参数的函数,结构损伤会导致响应协方差参数的改变,当只使用结构损伤前后的响应协方差参数,不使用结构分析模型进行结构损伤识别时,损伤向量会受到激励位置、测试噪声和误差等的影响,所以使用贝叶斯数据融合理论,对来自多种传感器和多种测试环境下得到的多组损伤向量进行数据融合,以提高损伤识别的精度;利用一个七层框架结构进行包括单损伤和多损伤的多种损伤工况的数值模拟,研究所提方法的适用性和有效性,最后对简支钢梁进行实验验证,损伤位置附近的传感器所得到的损伤指标具有最大的损伤概率。     

Experimental Investigation of Notch-Type Damage Identification with a Curvature-Based Method by Using a Continuously Scanning Laser Doppler Vibrometer System

This paper experimentally investigates a notch-type damage identification methodology for beams by using a continuously scanning laser Doppler vibrometer (CSLDV) system. Velocity response of a beam along a scan line under sinusoidal excitation is measured by the CSLDV system and an operating deflection shape (ODS) of the beam is obtained by the demodulation method from velocity response. The ODS of an associated undamaged beam is obtained by using a polynomial with a proper order to fit the ODS from the demodulation method. The curvature of an ODS (CODS) can be calculated with a high quality due to a dense measurement grid of the ODS. A curvature damage index (CDI) is proposed to identify a notch with a length of 1 mm along a beam and a depth of 0.9 mm under different excitation frequencies. The CDI uses differences between CODSs associated with ODSs that are obtained by the demodulation method and the polynomial fit; an auxiliary CDI obtained by averaging CDIs at different excitation frequencies is defined to further assist identification of damage. An averaging technique is applied to velocity response of the beam to reduce measurement noise. Effects of the number of averages on ODSs, CODSs, and CDIs are investigated. Four scan lines with an equal length of 151 mm and different locations with respect to the notch are used to investigate reliability of the proposed methodology. Finally, a whole scan line with a length of 555 mm along the beam is applied and the notch is successfully identified near regions with consistently high values of CDIs at different excitation frequencies; it can also be identified with the auxiliary CDI by a prominent peak at the location of the notch.     

基于多个控制力作用下结构动力特性的损伤定位

用状态反馈控制的方法有目的地对结构进行极点配置，得到所需的受控结构的特征频率和特征振型，并利用这些数据，运用信息融合技术对由不同识别方法得到的损伤定位结果进行融合。本文还讨论了反馈控制力个数和位置对损伤定位结果的影响。数值仿真结果表明，使用受控结构的动力特性数据有可能提高损伤识别指标对损伤的敏感度，反馈控制力的个数和位置对损伤识别结果有影响，使用信息融合技术将采用不同损伤识别方法得到的识别结果进行融合，能进一步提高损伤定位的准确性。     

基于时间序列分析的结构损伤识别

针对如何从结构响应信息中提取结构损伤指标的问题,提出了一种基于时间序列分析的结构损伤识别方法。对结构响应数据进行预处理,利用完好工况下的结构响应数据作为参考数据,建立自回归(Auto regression-AR)预测参考模型。利用已建立的AR预测参考模型计算待识别工况的残差,将待识别工况的残差与AR预测参考模型的残差的方差之比作为损伤指标,对结构损伤进行识别;通过算例表明:该损伤指标不仅可以判断结构是否发生损伤,而且可以识别结构的损伤位置。     

基于数据融合的结构损伤识别方法研究

为提高结构损伤识别的准确率,在大型复杂土木工程结构的健康监测中引入多传感器数据融合技术,提出了基于数据融合技术的结构损伤识别方法的实用模型,建立了结构损伤识别方法的评价指标,并通过钢筋混凝土板试验分析了常用的数据融合方法——Bayes方法和D-S证据理论的有效性。分析结果表明:采用数据融合技术,结构损伤识别方法的评价指数更高,即结构损伤识别的效果更好。     

Integrated FEM/BEM approach to the dynamic and acoustic analysis of plate structures

An integrated finite element/boundary element method approach to the prediction of the interior acoustic radiation of open ended box structures is presented. Dynamic response of the structure is predicted in terms of the nodal displacements under sinusoidal point force excitation using the finite element method. Theoretical results obtained in terms of frequency response functions are verified using the results from tests performed on a box structure. The interior acoustic field is then examined by the boundary element method using the boundary conditions obtained from the finite element analysis. Sound pressure levels produced inside the structure are calculated and the results are compared with the experimental measurements.