基于模态分析的网架损伤识别

目的 探讨基于振动模态分析的结构无损检验技术及"频率变化平方比"的损伤识别方法,对网架结构进行损伤识别.方法 利用结构动力参数的改变进行损伤诊断,将"频率变化平方比"的方法用于网架结构的损伤识别中,将杆件的损伤通过杆件截面积的缺蚀体现出来,通过有限元分析方法编写的程序来模拟实际网架结构,对其进行模态分析,求出其位移模态和自振频率,来识别网架不同位置的损伤.结果 结构损伤使其刚度、质量和振型随之变化,结构的每一个部位的物理特性对结构的模态参数均有不同的影响,该影响构成了模态分析识别结构损伤的基础.结构的"频率变化平方比"包含了结构损伤程度和位置信息,仅是与结构损伤的位置有关的量,故可以用它来进行结构损伤定位.结论 作为一种网架损伤的数值模拟,对于杆件截面积缺蚀可以正确识别,是网架杆件损伤识别一种较为有效且简便可靠的方法.     

异型柱斜撑框架结构模型振动台试验及建模

通过１５层钢筋混凝土异型柱斜撑框架结构模型的模拟地震振动台试验,研究了斜撑框架结构的自振特性,地震反应时程及频谱特征,并采用究竟结构有限元分析程序进行了建模和理论计算计算模型采用窨梁单元与空间板单元,材料特性取实测值,通过模态计算得到结构各阶自振特性值,利用直接积分法计算结构的动力反应,由数值的分析可知,理论计算与试验结果一致。     

异型柱斜撑框架结构模型振动台试验及建模

通过１５层钢筋混凝土异型柱斜撑框架结构模型的模拟地震振动台试验,研究了斜撑框架结构的自振特性、地震反应时程及频谱特征,并采用空间结构有限元分析程序进行了建模研究和理论计算．计算模型采用空间梁单元与空间板单元,材料特性取实测值．通过模态计算得到结构各阶自振特性值,利用直接积分法计算结构的动力反应．由数值的分析可知,理论计算与试验结果一致．     

冲击荷载作用下弹性压杆的动力稳定分析

动力稳定性是细长杆件的一种重要性能,结合精细传递矩阵理论,建立了在轴向冲击荷载作用下受压杆件动力稳定分析的精细传递矩阵式,并对冲击荷载的参数进行了分析,研究其对受压杆件动力稳定性能的影响.算例表明:受压杆件的动力稳定性可以通过结构的位移响应曲线是否存在反规律现象来确定.算例还表明结构的动力稳定性不仅与冲击荷载的幅值有关,还有荷载的振动频率有关;荷载频率与结构自振频率之间的差异影响着受压杆件动力稳定承载力的大小.     

预应力混凝土梁模态分析的有限元软件实现

为建立预应力混凝土梁模态分析的有限元模型,以ANSYS有限元分析软件为例,提出预应力混凝土梁式结构在利用大型有限元软件进行模态分析时,可采用初应变法施加预应力,并且将混凝土受到的预压力影响转化为对单元材料弹性模量的影响,通过对变弹性模量的有限元模型进行模态分析,得到预应力混凝土梁在各级预应力下的自振频率和振型.通过与试验值对比可知,改进后的有限元模型可以用于预应力混凝土梁的模态分析.     

基于应变模态的网架结构损伤识别模型试验研究

制作了大比例的空间钢网架结构试验模型,并采用将部分原杆件替换为截面面积较小杆件的方式模拟了结构的损伤,包括上弦、下弦、腹杆等单构件的损伤以及它们之间的组合损伤.通过锤击法直接测试分别获得完好及不同损伤工况下试验模型的部分应变模态参数,将各损伤工况与完好工况下试验模型的应变模态参数进行对比,可以成功识别出网架模型损伤的发生以及部分较为重要杆件损伤发生的位置,随后对试验中不同杆件损伤识别效果的规律进行了归纳,并在结合该网架试验模型动力特性数值分析结果的基础上对损伤识别效果的原因进行了分析,为网架结构损伤识别的实际工程应用和开展相关研究提供了参考和借鉴.     

空间网架结构损伤程度识别的数值模拟与试验研究

空间网架杆件的损伤程度识别是网架结构健康检测中十分重要的环节,对网架结构的安全性和适用性起到决定性作用。在定位损伤杆件的前提下,通过模型试验和数值模拟手段,提出应用瞬态响应动力分析方法对四角锥网架杆件进行损伤程度识别,获得不同损伤程度杆件两端节点的位移时间历程曲线,应用Matlab对该曲线进行拟合分析。结果表明：在不同损伤工况下,损伤杆件两端节点的位移时间历程曲线可以近似拟合成直线,通过对该直线的斜率与杆件损伤程度的分析,分别得到上弦杆件、腹杆、下弦杆件两端节点的位移时间历程直线的斜率值与杆件损伤程度的关系式,通过该关系式可以较准确的识别出四角锥网架杆件的损伤程度。     

基于有限元方法的裂缝箱梁桥自振特性分析

为了准确分析裂缝箱形截面梁的自振特性,基于局部柔度形成的基本原理推导了箱型截面梁在深裂缝和浅裂缝情况下的附加柔度矩阵,得到了裂缝梁单元的刚度矩阵,进而形成了基于有限元方法的裂缝箱梁桥自振特性分析方法.对裂缝悬臂钢梁进行动力特性实验,将实验结果与自振频率计算结果进行对比分析以验证本文方法的准确性与可靠性.对连续钢筋混凝土箱梁进行数值分析,剖析了裂缝位置、深度和数量对箱梁桥的自振频率的影响以及裂缝对振型的影响.     

某商业中心屋面复杂网架结构分析

某商业中心屋面网架结构空间几何造型复杂,跨度和局部悬挑都较大,并且限制网架厚度.采用SAP2000结构分析软件对该屋面网架结构进行了有限元分析,通过对结构的模态分析得到了结构的振型和自振周期,又对结构进行了反应谱分析从而得到了结构的基底剪力和倾覆力矩,通过内力计算得出了杆件截面并做出了优化.对支座采取了构造措施,使用橡胶支座和滑动支座,达到了更好地释放温度应力的效果.     

功能梯度材料Euler-Bernoulli梁单元模态应变能对损伤参数的灵敏度分析

摘　要: 基于2 节点6 自由度的梁单元, 采用Euler-Bernoulli 梁理论和梁的应变能公式, 导出单元模态应变能公式。在此基础上推导出功能梯度材料Euler-Bernoulli 梁的单元模态应变能一阶灵敏度表达式。选取功能梯度材料Euler-Bernoulli 梁横截面顶部弹性模量EU、 底部弹性模量EL 和梯度指数k 作为损伤参数, 进行了单元模态应变能对损伤参数的灵敏度分析。数值算例表明, 单元模态应变能对损伤参数k 的灵敏度数值要比损伤参数EU 和EL 的灵敏度数值大很多个数量级, 并且高阶模态单元模态应变能的灵敏度数值均大于低阶模态单元模态应变能的对应灵敏度数值。通过数值算例进一步探究了损伤参数k、 EU 和EL 的变化对单元模态应变能灵敏度的影响, 这为功能梯度材料Euler-Bernoulli 梁结构损伤识别的研究提供了基础。     

基于ANSYS软件平板网架结构的模态分析

将平板网架结构简化为多质点的弹性体系,利用大型数值仿真计算软件ANSYS对其进行模态分析.笔者介绍了平板网架结构ANSYS分析的子空间迭代法,并对动力模型进行模态分析后,得到了主振型结构在各个方向的动力特性.该结论对同类型平板网架结构的有限元分析具有一定的参考价值.     

柔性梁刚度对无轴承旋翼桨叶动态特性的影响

推导了桨叶的应变-位移关系,应用Hamiton原理建立了多路传力的无轴承旋翼桨叶运动的有限元方程,考虑了桨叶、柔性梁、扭矩套的位移协调条件和非线性变形耦合及摆振销的影响,并构造了一个新的15自由度梁单元,得到了旋翼桨叶固有频率求解的方程,重点研究了柔性梁刚度特性对旋翼桨叶固有频率的影响。数值结果表明:柔性梁剖面的模态刚度发生变化时,模态频率变化较小,高阶模态频率变化比低阶大,其它模态频率变化很小,耦合现象不明显。     

输电钢塔杆件横截面积的频率灵敏性研究

研究了输电杆塔的杆件横截面积对自振频率的灵敏度。建立了输电杆塔的有限元模型,并建立了输电杆塔的横截面积对自振频率的灵敏度分析方法。在此基础上进行了某实际输电杆塔的参数灵敏性分析计算,并进行了细致的数值模拟和参数研究,定量研究了影响结构动力性能的关键杆件的位置和数量。结果表明输电杆塔由多根杆件所组成,不同杆件对结构安全性的影响存在差异。主材和部分斜杆的横截面积是影响结构动力特性的主要因素。而塔身斜杆的横截面积是控制输电塔扭转振动的主要因素之一。     

大跨度缆索支承桥梁基础冲刷动力识别方法

为快速评估运营阶段桥梁基础冲刷状态,提出一种基于实测模态与模型更新的冲刷动力识别方法,并在杭州湾大桥桥塔冲刷检测中进行应用.分别于2013年、2016年对杭州湾大桥上部结构进行了两次环境振动下的加速度数据采集工作,并进行模态分析,得到两次测试所对应的结构自振频率与振型.同时利用有限元分析软件采用鱼骨模型进行上部结构数值建模,采用土弹簧进行下部结构桩土效应的模拟.首先利用冲刷非敏感模态的实测自振频率对数值模型中的桩侧等效弹簧刚度进行模型更新,直至得到与实际相符的桩土边界条件.进而利用冲刷敏感模态自振频率的实测变化值,对有限元模型中的基础冲刷深度进行模型更新,直至数值模拟变化值与实测变化值相一致,从而定量识别出3 a内基础冲刷深度的发展.最后,利用水下地形测量数据完成对该冲刷识别方法准确性的验证.研究结果表明:该方法利用桥梁上部结构实测模态变化进行下部结构基础冲刷模型的更新是可行的,基础冲刷深度的识别是准确的,可解决长期以来需要水下作业才能完成桥梁基础冲刷检测的技术难题.     

大跨斜拉桥模态测试与分析

首先介绍了利用环境随机振动法间接识别柔性结构模态参数的方法，并通过移动测点法对一斜拉桥现场测试结果进行了分析，分析得到移动测点法进行桥梁等大型结构的模态试验能得到较理想的结果，而且节约试验成本。通过建立三维有限单元模型，得到了该桥自振频率和振型的理论值。脉动实验测得的结构自振频率和振型与用三维有限单元模型得到的理论值的对比发现利用有限元对全桥进行模态分析，绝大部分模态吻合得较好。     

网壳结构“折叠展开式”提升过程中动力响应分析

网壳结构折叠展开式提升过程涉及机构运动分析，动力效应十分明显．采用拉格朗日方程形式的多柔体动力学可以有效地避免刚度矩阵奇异以及刚度矩阵的分解、迭代复杂等问题．经过分析研究得出了在整个运动过程中各阶段的结构的动力特性，包括一些动力参数(初始加速度、提升高度、阻尼)对机构运动受力的影响以及机构在不同状态下的自振频率等．在跟踪了整体提升过程中的位移轨迹和各杆件单元的应力状态，并通过比较数值计算结果和实际测量数值后得出了可信的动力系数，为工程设计参数的选取以及网壳整体提升过程中的动力响应理论分析提供了有意义的参考．     

大跨度大型复杂体型网架结构的风效应分析

以世界上最大的网架结构——深圳市民中心屋顶网架结构为工程背景，详细探讨了此类结构的在风荷载作用下的风效应。对于这种自振频率密集型的结构用随机振动理论分析其在脉动风荷载下的动力响应时，不仅要考虑选择主导模态振型，而且不能忽略交叉项的影响。     

水槽边壁效应对四柱结构准陷波现象的影响

为了准确预报海洋平台气隙性能,提高平台的安全性,本文借助HydroStar软件对四柱结构在开敞海域和水槽中的水动力响应进行了模拟。基于线性势流理论和边界元方法,对不同圆柱半径下的四柱结构在波浪作用下的准陷波现象展开了对比研究。结果表明:圆柱半径的增大可以使准陷波模态的自振频率向高频移动,且对高阶准陷波模态的影响较为显著,并且导致波面分布特征的改变;决定准陷波现象发生频率的关键因素实际为圆柱侧壁间距;水槽横向立波自振频率与准陷波频率存在耦合作用,2种共振模态同时激发,导致对应频率附近波高峰值的显著增加。     

中承式钢筋混凝土拱桥结构动力特性研究

利用有限元通用软件ANSYS,对一座中承式钢筋混凝土拱桥进行了结构动力特性的数值模拟分析,求出了自振频率、振型等动力参数,对其模态特征进行了描述,并通过变换拱桥的主要结构参数对比分析了它们对结构动力特性的影响.计算结果表明,自振频率随矢跨比的减小略有提高;横撑有助于增强拱肋的横向刚度,减小拱肋面外振动,提高抗风稳定性;各振型的自振频率值随拱肋刚度的提高近似成线性增大,可以通过改变拱肋刚度来调整其自振特性.这些研究结果可以为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

结构损伤位置识别的组合指标法

基于应变模态对结构局部特征变化比较敏感和频率指标测试简单方便、精度高的特点,以既能实现准确定位又便于工程应用,以动力响应诊断的应变模态指标为基础,结合频率指标提出了实用的组合指标．理论证明和数值仿真结果表明,无论单处还是多处损伤、低阶还是高阶模态,损伤识别组合指标均能在判断损伤存在的同时准确定位损伤．