复合材料层合梁结构在线损伤检测

复合材料层结构在服役过程中关键部位的裂纹或分层损伤累积发展到一定程度，常出现损伤突变现象，导致结构局部刚度突发性降低和结构性能下降，通过粘贴或埋入复合材料结构中的小型电片构成结构动态响应的激励和检测系统、以小波分析技术从应信号中识别结构损伤信息，可主动在线检测服役中的复合材料结构力学性能的突变，准确捕获结构突发损伤的时刻，这项研究将为许多在役中人们无法直接观察或量测的复合材料结构的在线健康监控提供新的技术支持。     

基于响应能量和连续小波变换的复合材料结构损伤检测

提出了一种基于响应能量和连续小波变换联合检测损伤的方法.首先测试随机激励下完好结构以及损伤结构各个节点的响应信号能量并分别组成能量向量,然后选取正交小波函数,分别对损伤前后的能量向量进行连续小波变换,根据损伤前后小波系数的变化来检测结构的损伤,并以小波系数二次差分的极大值作为损伤指标来进行损伤定位.该方法仅仅利用结构在随机激励下的时域响应信号,并不需要进行结构建模.通过对带有不同位置分层损伤的复合材料层合梁和层合板的损伤检测,验证了该方法的可行性和有效性.     

基于动力响应信息分区截断的塔式结构多损伤识别方法

针对环境激励下的塔式结构动力响应信息,采用小波变换实现结构损伤位置识别.受塔式结构多损伤影响,各损伤位置对应的小波细节信息的吉布斯振荡将会相互干扰.为消除获得信息之间的耦合影响,实现多损伤位置的识别.本文通过对损伤位置处结构动力响应信息的截断,将结构中各损伤置于不同信息区间,并将截断后的动力响应信息区间进行有效延拓,消除初始动力响应信息区间边界处吉布斯现象的影响,从而实现了结构多处损伤的识别.算例的分析结果表明:这种方法对于塔式结构多处损伤识别具有有效性和可靠性.     

基于柔度变化率的独塔斜拉桥模型损伤识别试验研究

基于动力测试采用柔度变化率对一座独塔斜拉桥模型进行了损伤识别实用性研究,识别过程基于动力模态分析,激励方式包括车辆激励、锤击激励和环境激励,传感器布置方式包括稀布传感器和密布传感器两种方案。试验研究结果表明：柔度变化率可以识别梁式结构主梁的损伤位置;锤击激励产生的加速度信号损伤识别的效果最好;传感器的密布可以增加环境激励和车辆激励进行损伤识别的精度;斜拉桥的索力大小不影响柔度变化率进行主梁的损伤识别的效果。     

多尺度结构动力方程及其在损伤识别中的应用

以一个三层框架结构为研究对象，分析了结构发生损伤时其动力参数的变化特征.应用小波变换，推导了多尺度结构动力方程来分析结构动力系统中的损伤识别.面向结构损伤识别，描述了多尺度动力方程能获得更丰富的结构参数变化信息.根据时变动力系统的结构损伤识别数值计算的特点，应用状态空间法来对结构损伤动力过程进行数值模拟.通过不同激励荷载下的损伤数值模拟和损伤时域识别，研究了多尺度损伤识别的两个关键性问题：不同位置的传感器对损伤预警的敏感性；系统输入荷载频率成分对损伤信息分布的影响.所进行的研究对于在基于小波分析的结构健康监测中合理选择传感器位置、采样频率及确定信号分解的尺度数具有理论指导意义.     

一种基于经验模分解的结构微小损伤检测方法

提出了一种检测结构微小损伤的时域方法。首先采用经验模分解技术分解结构发生微小损伤前后在相同激励下的时域响应信号，得到响应信号的各阶固有模式函数，然后用波形指数来对结构响应信号的各阶固有模式函数进行量化。根据结构损伤前后时域响应固有模式函数的波形指数对比，就可容易地对结构发生的微小损伤进行判断。通过仿真算例发现，结构原始响应信号经过经验模分解后得到的固有模式函数对微小损伤敏感度较好，这种对微损伤的敏感特性可采用各阶固有模式函数的波形指数进行量化。因此该方法是一种时域内检测结构微小损伤的有效方法。     

利用Lamb波的薄板结构多点损伤识别试验

目的 提出一种改进的小波-椭圆损伤定位算法,利用该算法进行薄板结构的多点损伤识别.方法 利用Lamb波在薄板结构中的传播特性,将粘贴在铝板表面的压电陶瓷片作为驱动器和传感器,在铝板结构中激发出Lamb波并实时接收响应信号.通过人工模拟铝板中的孔洞类缺陷,对采集到的损伤前后波形进行对比.结果 得到了Lamb波的传播速度、响应信号的小波变换结果以及损伤前后信号的到达时间延迟.还得出了损伤位置的试验值,与实际损伤位置吻合较好.结论 Lamb波主动监测技术可以有效地识别薄板结构的损伤,适合于薄板金属结构的损伤识别和健康监测.     

采用主成分分析与最邻近法的复合材料板损伤检测实验

文章采用主成分分析结合最邻近法对复合材料板进行了损伤检测实验。首先在正弦扫频激励下,通过测试获得复合材料板在各种损伤工况下的频响函数;然后选取若干种损伤工况的频响函数,经过主成分分析法处理后,提取出各个频响函数携带结构健康状态信息最多的前若干阶主成分,组成最邻近法的样本集;最后采用最邻近法来识别被检测结构频响函数所代表的结构健康状态。该方法的优点是直接利用测试得到的频响函数进行损伤检测,避免了识别结构模态参数所带来的误差,检测过程简单。通过对复合材料板结构不同位置和不同程度损伤的检测实验,验证了该方法用于复合材料层合结构损伤检测的可行性和有效性。     

多分辨率分析和小波能量曲率的框架结构损伤识别

为研究运用多分辨率和小波包分析方法识别结构损伤的有效性,以三层混凝土框架结构为研究对象,分别建立不同损伤工况下的三维有限元数值模型,采用ANSYS程序进行动力时程分析,研究不同识别指标和输入信号的识别灵敏度以及其他因素对损伤识别结果的影响.分析结果表明:小波包能量曲率差法能够较好达到损伤识别的目的,输入信号使用加速度响应信号比速度和位移响应信号具有更好的识别效果;有限元模型网格划分、加速度时程响应信号的提取位置以及采样频率对损伤位置的识别有较大影响;有限元网格划分越密、加速度时程响应信号提取位置离损伤位置越近、采样频率越大,损伤位置识别越精确.     

基于高频电阻抗信号的结构损伤监测

给出了利用高频电阻抗信号进行结构损伤识别的精确定量分析方法.考察压电片－黏结层－主体结构组成的一个耦合结构系统，主体结构采用一维模型并只考虑轴向振动，引入剪滞模型来描述压电片与主体结构之间的剪力传递，考虑压电片的动力效应，采用传递矩阵法导出了这一耦合结构的系统方程，得到了压电片电导纳的解析表达式.通过算例验证了所给出方法的正确性和有效性.计算结果表明，弱界面对电阻抗信号有较大的影响，利用电导纳的虚部可以清楚地检测到界面的弱黏结；采用电阻抗技术能够很好地识别结构局部的细小损伤.     

基于能量最小准则确定驱动器位置及仿真

在研究智能结构振动主动控制驱动器的位置优化问题中,首先推导了压电传感方程和压电致动方程,然后根据控制信号能量的表达式,以控制能量最小为目标函数,压电驱动器的位置坐标为变量,对压电驱动器的位置进行优化。最后结合智能简支梁实例应用matlab软件计算出其粘贴压电驱动器的最优位置,并通过编写APDL(ansys parameter design language)程序对粘贴有压电材料的智能简支梁结构进行瞬态动力学分析,实现对智能梁的振动控制仿真。仿真结果表明,此种方法能有效地抑制智能梁的振动。     

压电致动式圆片驱动装置结构分析与设计

根据压电致动的工作原理，建立了圆片微驱动装置的压电复合层薄板的机电耦合力学模型，应用弹性薄板的小挠度弯曲理论，推导出圆形压电复合层薄板的弹性曲面微分方程，提出由逆压电效应引起的平面应变可以等效为作用在压电复合层薄板上的横向荷载的设计方法，指出等效横向荷载取决于平行板电容器的边缘电场分布，推导了压电复合层薄板中性面的表达式，在求电场的超越方程数值解的基础上，建立了微驱动装置的有限元结构模型，并对某微泵驱动装置进行了计算仿真，得到令人满意的结果。     

基于压电堆的网壳振动智能控制研究

利用压电材料的压电效应机理,设计出一种压电主控作动杆件,分析其工作原理和设计方法.然后利用模糊智能控制进行仿真,将其应用于网壳结构振动智能控制分析中,结果表明压电主控作动杆可有效地减小结构的加速度和位移响应,为其在桁架结构中的应用打下良好的基础.     

Study of Detecting Impact Damage for Composite Material Based on Intelligent Sensor

A system of impact damage detection for composite material structures by using an intelligent sensor embedded in composite material is described.In the course of signal processing,waveldet transform has the exceptional property of temporal frequency localization,unereas Kohonen artificial neural networks have excellent characteristics of self-learning and falt-tolerance.By combining the merits of abstracting time-frequency domain eigenvalues and improving the ratio of signal to noise in this system,impact damage in composite material can be properly recognized.     

Research on an inertial piezoelectric actuator for a micro in-pipe robot

In general, a micro robot system includes a microactuator, micro sensor, energy supply, and control sys-tem. At present, the research on a micro actuator inChina is basal in a laboratory phase, which lacks astrict analysis in theory. Hence, it should first besolved for the design on a micro actuator or micro robotthat the drive principiumof micro actuator is researchedand the dynamical equation is established. In this pa-per, a newkind of inertial piezoelectric actuator is pro-posed. The driv…     

压电效应的高阶效应在传感器、执行器中的应用研究

压电体机电耦合过程中的正、逆压电效应原理已被广泛应用于传感器与执行器中,压电类传感器与执行器在应用过程中出现了一些较严重的问题,如非线性问题.由于大多数压电晶体都具有非线性性质,尤其是压电陶瓷,非线性与迟滞特性是其固有特性.讨论压电体的非线性特征,并通过实验验证高阶压电效应对压电传感器和压电执行器的影响及其矫正与补偿方法,从而在工程应用中利用其原理提高传感器与执行器的测量与控制精度.     

Piezoelectric actuator/sensor wave propagation based nondestructive active monitoring method of concrete structures

In order to monitor the basic mechanical properties and interior damage of concrete structures,the piezoelectric actuator/sensor based wave propagation method was investigated experimentally in the laboratory using a specifically designed test setup.The energy attenuation of stress waves was measured by the relative index between the output voltage of sensors and the excitation voltage at the actuator.Based on the experimental results of concrete cube and cylinder specimens,the effect of excitation frequenc...     

Optimization of actuator/sensor position of multi-body system with quick startup and brake

A new method was put forward to optimize the position of actuator/sensor of multi-body system with quick startup and brake. Dynamical equation was established for the system with intelligent structure of piezoelectric actuators. According to the property of the modes varying with time, the performance index function was developed based on the optimal configuration principle of energy maximal dissipation, and the relevant optimal model was obtained. According to its characteristic, a float-encoding genetic algorithm, which is efficient, simple and excellent for solving the global-optimal solution of this problem, was adopted. Taking the plane manipulator as an example, the result of numerical calculation shows that, after the actuator/sensor position being optimized, the vibration amplitude of the multi-body system is reduced by 35% compared with that without optimization.     

压电堆式驱动器对空间钢框架地震反应的主动控制

随着建筑结构向大型化发展,将智能材料应用于建筑结构的减震已经成为一个重要的研究领域,压电智能结构就是目前的研究重点之一.介绍了压电堆式驱动器,建立了结构在地震作用下的运动方程和基于LQG控制理论的最优控制方法.将驱动器布置在空间钢结构框架的底层柱上,并对其在地震激励下的反应进行了主动控制实验研究.结果表明,结构各层的响应均有不同幅度的降低,压电堆式驱动器可以有效地抑制和减小结构的地震反应.