基于传递率函数与信息熵的混凝土坝裂缝损伤识别指标

混凝土坝运行过程中受到的振动激励信息一般难以精确获取,基于传递率函数理论,对混凝土坝施加一定的振动激励,通过测得的动力响应信息计算传递率函数,同时利用信息熵及互信息可以表征变量的信息特征及相关性,提出了识别和定位结构损伤的指标。这种方法不需要获得外界的激励信息,直接利用结构的响应信息提取损伤特征。混凝土重力坝的仿真和试验结果表明,在损伤程度高于3%的情况下,施加的振动激励能较好地实现损伤识别和定位,并适用于单一损伤和多损伤;根据结构特性合理优化布置测点可以实现局部损伤识别,对混凝土坝的损伤检测有较好的实际应用价值。     

论梁结构损伤的诊断方法

梁是工程结构的基本单元,其受载后的裂纹损伤问题是经常导致事故的原因,对其进行损伤程度的诊断和预测,是保证工程结构安全的前提。该文论述了目前梁结构损伤识别的主要方法,即基于振动的损伤识别、小波分析法、神经网络的损伤识别方法等,分析了各种方法的优缺点,详细介绍了一种改进残余力向量法,即结合残余力向量法和灵敏度分析进行结构损伤识别,应用该方法对矩形等截面悬臂梁的损伤识别进行诊断,并进行了数值模拟。结果表明,改进的残余力向量法用于梁结构的损伤识别,不仅可以诊断出损伤的位置,还可以定量地诊断出损伤的程度,与数值模拟结果吻合。改进的残余力向量法在梁结构的损伤诊断方面具有较高的诊断精度。     

基于模态应变能的水工泄流结构损伤识别研究

逐渐积累的损伤会使水工泄流结构中特定部分的质量或刚度损失而引起结构动力特性发生变化,这都将在模态测量中有所反映,以结构模态参数为基础,准确判断泄流结构所存在的损伤(特别是水下部位),对整个泄水建筑物的安全至关重要。以水工泄流结构中的弧形钢闸门及混凝土导墙结构为例,研究了基于结构模态参数的水工泄流结构损伤识别方法,基于单元模态应变能方法对泄流结构不同位置相同程度的损伤以及不同位置不同程度的损伤进行了识别。结果表明,该方法可以准确识别泄流结构的损伤,对基于振动响应的泄流结构无损动态检测及其水下部位隐患诊断具有一定的应用价值。     

基于模态应变能变化率结构损伤定位法的改进

根据结构损伤前后单元模态应变能的变化,改进了基于单元模态应变能变化率的结构损伤定位法。为了验证该法的有效性,利用有限元软件ANSYS10.0建立一个三层空间刚架模型,设置了单损伤和多损伤两种损伤工况。经过数值验算发现,该方法能够定位不同的损伤工况,且方法简便,具有较高的精度。     

外激励作用下基于相关应变变化率的薄板损伤研究

以相关应变变化率作为识别参数,以弯曲薄板为研究对象,采用改变单元厚度的方法模拟结构损伤,应用有限元对结构进行外激励作用下的瞬态分析。瞬态分析以单元处相关应变变化率突变值,作为损伤定位和损伤程度判断。结果表明相关应变变化率对于结构的损伤的敏感性强,易于定位。在此基础上给出了通过相关应变变化率直方图进行损伤识别定位的新方法,识别效果明显。     

高拱坝强地震作用下损伤破坏分析

结合混凝土静动态试验，根据连续损伤力学中能量等效原理和有效应力概念，建立了能反映混凝土动态情况下多轴弹塑性损伤破坏模型，破坏准则中考虑了多轴损伤变量和应变率的影响。用于有限元数值模拟，对强地震作用下（峰值地震加速度为0.5575g）某高拱坝动力响应进行了数值模拟，获得地震全过程拱坝拉损伤、压损伤、总体损伤模式和应变率响应；分析结果表明了大坝的破损趋势，同时可看出导致大坝破损的主要原因是混凝土的拉伸损伤；并且得到大坝不同部位有着明显不同的率响应，将很大程度上影响坝体混凝土不同程度的动态性能；结果显示大坝在经历强震作用后总体损伤不大，借助损伤力学评价大坝经历强震后的安全性较好，但坝体存在抗震薄弱部位，设计和施工中应注意采取措施处理；同时坝体地震破损发展过程表明了大坝的破坏趋势，和该拱坝模型试验的破损情况比较一致。本文工作可为类似体型拱坝动力灾变过程分析和判断提供参考。     

混凝土杆件拉伸分析的非局部损伤力学方法

讨论了非局部损伤力学方法在混凝土杆件拉伸非线性分析中的应用。基于数值结果,分析了局部损伤力学方法在模拟应变软化材料的缺点,发现杆件应变出现跳跃现象,结构反应依赖于单元网格。引入非局部应变概念,讨论了非局部损伤模型,通过与试验结果比较验证了该模型的有效性,并消除了结构反应对单元网格的依赖性。定量评价了内部材料长度对杆端力-位移关系和杆件应变的影响,结果表明内部材料长度是影响结构非线性反应的重要参数。     

基于传递熵的水电站厂房振动传递路径识别

水电站厂房空间结构复杂,同时振动测试信号中常混杂各种噪声,使得水电站厂房结构振源传递路径的分析难度增大;论文将传递熵方法与基于EMD分解的小波熵阈值去噪方法相结合,实现水电站厂房振动传递路径的识别。首先采用EMD分解和小波熵方法自适应地根据信号能量特征确定对应尺度的去噪阈值,对振动测试信号去噪;然后采用传递熵的方法识别厂房结构振源的传递路径。通过模拟信号的分析证明了该方法在判断信号传递方向方面的合理性。将该方法应用到一大型水电站厂房,结合现场实测振动数据对尾水涡带的垂向传递路径进行了识别,并计算了测点之间的信息传递率。结果表明尾水涡带引起的垂向振动主要传递路径为:尾水管→机墩(定子基础、下机架基础)→厂房上部结构楼板。     

基于小波分析的高拱坝裂缝损伤识别

小波变换是一个优越的时-频局部化分析方法,能够对信号进行任意精细程度分析,识别信号中的突变点或间断点。基于高拱坝坝体的变形应用小波分析对坝体裂缝进行损伤位置识别,提出小波变换系数残差作为整体损伤指标,给出了该方法的的基本原理和计算思路。以某高拱坝有限元模拟数据为例,分析结果表明小波变换在高拱坝裂缝损伤分析方面具有较好的的实用性和操作性。     

基于信息融合理论的弧形闸门损伤识别方法

针对弧形闸门结构对称位置多损伤识别问题,无论是基于柔度灵敏度的损伤识别方法,还是基于应变变化率的损伤识别方法,对于结构损伤的识别效果均不理想,容易造成单元误判和损伤程度识别偏差较大的问题。采用信息融合技术,基于D-S证据理论和Bayes定理,将柔度灵敏度法和应变变化率法的损伤识别结果进行融合。仿真结果表明:两种方法融合后的识别结果相差不大,与单一动静力损伤识别方法相比,基于信息融合的损伤识别方法能够有效提高识别的准确性,在水工结构损伤识别领域有较好的应用前景。     

孔隙水压循环次数对混凝土损伤影响

历经不同孔隙水压循环次数（0,10,50和200次）后,进行了中低应变速率(10-4/s)下混凝土常三轴受压损伤特性试验研究,分析其峰值应力、应变和弹性模量等基本力学参数随孔隙水循环次数变化的关系。同时依据受压切线模量的退化定义了损伤变量,得到应力水平比 损伤曲线,对混凝土损伤特性进行了研究。结果表明:①历经不同孔隙水循环后,混凝土常三轴受压峰值应力和应变随循环次数的增加呈指函数增加的趋势;弹性模量随循环次数的增加呈幂函数减小趋势并逐渐趋于平缓。②历经不同孔隙水循环次数后,混凝土的损伤发展速度整体上均大于0次循环,且随着循环次数的增加损伤速度逐渐降低。③通过应力水平比 损伤曲线,将混凝土损伤演化过程分为3阶段:损伤起始阶段、损伤发展阶段和损伤失稳阶段,同时依据所求损伤变量数据,拟合构建了损伤随应力水平比的演化方程。④依据损伤3个发展阶段定义了损伤界点,分析了损伤界点和损伤3阶段的应力水平区间长度随不同循环孔隙水压次数的变化。分析表明,随孔隙水压循环次数的增加,损伤界点对应的应力水平先增后减。     

孤立波作用下海底管道允许悬跨长度简化计算

分析海底管道稳定性时,需要重点考虑管道发生悬空的情况。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。基于孤立波理论,考虑浅水区波浪的特点,给出浅水区管道悬空段所受的动水作用力。针对常见的悬空形式,从管道最大静弯曲应力不超过材料许用应力的角度出发,推导出浅水区管道允许悬空长度的计算式。最后结合渤海湾某油田海底管道工程,计算出该海区管道的允许悬跨长度,认为该海区有部分管道已超过计算的允许悬跨长度,应进行加固处理。     

海底管道与海床相互作用研究综述

随着海上油气田的快速发展,目前我国已建海底管道超过6 000 km。近年来,管道事故时有发生,管道工程的安全性和管道的稳定性问题得到越来越多研究学者的重视。鉴于海底管道与海床的相互作用是研究管道稳定性问题的关键,阐述了海底管道在波浪作用下与海床间相互作用的试验研究现状,包括机械加载式试验、水槽模型试验、离心模型试验等;以及理论研究现状,包括解析方法和数值方法等。最后对波浪作用下海底管道和海床相互作用尚待研究的问题进行了展望,研究分析认为正确建立管道与海床本构模型等问题是未来研究海底管道稳定性的重要方向。     

混凝土破裂过程三维数值模拟及CT验证

将混凝土简化成由骨料、水泥砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料，建立了混凝土骨料随机分布三维模型，用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分，基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化，用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算，并从混凝土破坏过程图和荷载-位移曲线图两方面比较了数值模拟的破坏过程与CT试验结果，发现试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT观测到的过程具有相似性，说明用本文建立的三维数值模型模拟混凝土材料的损伤破坏过程是基本可行的。     

地震时海底悬跨管道动力特性试验研究

铺设在地震活跃区域的海底管道可能在地震荷载作用下发生破坏。利用水下振动台研究了海底悬跨管线在地震作用下的动力反应。试验中考虑了地震波输入方向、管道端部支撑情况、悬跨高度、悬跨长度和管内是否有水等因素。完成了这些因素组合的120组试验，得到海底悬跨管道动力响应特性。试验结果表明水中管道与陆地悬空管道的动力反应存在明显差别；悬跨长度是控制管道反应的关键，水平地震输入对管道反应起控制作用，海底悬跨管道在地震作用下的反应与受波和流作用下的反应也存在差别。     

管道受随机荷载作用的损伤概率方法初探

管道中原始存在的微裂缝经过长期施加的随机重复循环交通荷载作用后，内部发生损伤行为，随着损伤行为的不断累积，将最终使管道引起疲劳破坏．考虑实际情况，首先指出管道存在临界损伤应力值问题，并针对交通荷载作用与临界损伤应力值的随机分布特性，运用广义应力—强度分布干涉理论，建立了随机荷载作用下管道的损伤概率分析模型，最后对管道的随机损伤概率提出了简便的近似算法。     

水岩作用下蚀变岩力学性质损伤规律

为了研究水位升降对蚀变带边坡岩石力学性质的影响,选取仓上露天金矿坑边坡蚀变岩样,进行了不同饱水-失水循环次数的单轴压缩试验。建立了函数关系描述蚀变岩力学性质在水岩作用下的变化规律,引入损伤率的概念分析了循环次数对蚀变岩力学性质的影响,并利用电镜扫描技术从微观角度分析了水岩作用对蚀变岩的损伤机理。结果表明水岩作用对蚀变岩的力学性质有明显的弱化现象,且水岩作用越强,弱化现象越明显;不同循环次数下,蚀变岩弹性模量随循环次数增加衰减迅速,峰值强度呈持续衰减状态;随蚀变、碎裂发展,水岩作用对岩石的力学性质损伤增加,循环15次后,弹性模量损伤率最大接近60%,峰值强度接近45%。     

混凝土轴拉弹模衰减规律及损伤模型试验研究

为研究混凝土轴拉弹模衰减规律,采用循环加载的试验方法,获得混凝土轴拉应力~应变全曲线,并对试验过程中的弹模衰减现象进行描述,拟合弹模衰减的演化曲线。根据弹模损伤定义,建立损伤模型进行试验研究,进而结合应力~应变全曲线,得到混凝土轴拉损伤演化方程,建立了以弹模定义损伤变量的试验确定方法。所得成果为混凝土损伤过程研究提供参考。