基于RBF神经网络的网架结构损伤识别试验研究

针对网架结构损伤识别中模态密集、自由度高等困难,利用RBF网络良好的容错性和鲁棒性,依据损伤前后的网架结构模态参数发生变化理论,提出了基于模态参数和RBF神经网络的网架结构损伤识别方法。以一个6 m×7.5 m的正放四角锥网架结构为研究对象,首先依据连续倒塌理论计算各杆件的重要性系数,确定模拟损伤杆件位置;然后以损伤前后结构的标准化频率平方变化率及标准化位移振型的组合参数作为RBF神经网络的损伤指标,利用有限元分析得到学习样本,试验分析结果作为测试样本。采用二阶段损伤识别方法,首先在所有杆件中排查出可疑受损杆件位置,最后再精确识别损伤位置和程度。结果表明,该方法能够很好地识别网架结构的损伤位置和程度。     

基于小波分析的网架结构杆单元损伤检测研究

网架是以杆单元作为主要构件的结构,节点损伤信息无法反映损伤杆单元的真实位置。采用单元损伤信息作为杆单元损伤位置判定的参数,结合杆单元损伤前后的应变模态差,建立了杆单元应变模态损伤识别方法。损伤表现为信号局部特征的改变,而小波分析在时域和频域上都具有表征信号局部特征的能力,故将杆单元损伤前后应变模态差作为结构损伤指标,应用小波变换对网架损伤杆单元进行定位。将该方法应用于一个正放四角锥网架结构的杆单元损伤识别,结果表明,该方法在低阶模态下就能较准确地定位网架结构中单一或多个损伤的位置。     

基于单元应变模态差的网架结构损伤诊断研究

对具有一定程度损伤的网架结构来说,常规的结构有限元分析或实验模态分析得到的位移模态和频率难以有效地反映结构的损伤状况。为了提高诊断效率与诊断结果的可靠性,根据空间杆系结构的受力特点,利用两节点空间铰接杆单元有限元法,由节点位移模态推导出单元应变模态,提出采用结构损伤前后的单元应变模态差作为网架结构损伤定位的识别指标,并以损伤单元应变模态的差值大小确定损伤程度。通过对一个典型网架结构的数值模拟研究表明:该方法能够在低阶模态条件下,有效识别网架结构不同位置和程度的局部损伤;且在一定噪声水平下具有较强的鲁棒性,适用于实际观测条件下的网架结构损伤定位。     

基于模态应变能与神经网络的钢网架损伤检测方法

神经网络通过对样本的学习,获得结构模态参数与损伤之间的映射关系。目前基于神经网络的损伤检测已经越来越广泛地使用在非破坏性损伤诊断当中。但对于大型结构而言,它的训练样本数量过大,将消耗大量的计算。所以如何降低神经网络的计算量使其可用于大型结构的损伤诊断是一个亟待解决的问题。为了解决这个问题,提出了空间钢网架损伤的两步诊断法:第一步,利用模态应变能对结构损伤的敏感性,判断出结构损伤的可能位置;第二步,利用神经网络从可能发生损伤的杆件中定位出实际损伤的位置,并进行损伤程度的判断。利用一个空间网架作为数值算例,进行可行性验证。结果表明此方法可以准确判断出结构的损伤位置以及损伤大小,是一种行之有效的方法。     

应变模态指标在平板网架结构损伤识别分析中的应用

平板网架结构在实际工程中应用广泛,针对此类结构的损伤识别研究显得尤为重要.由于避免了重新建模引入的系统误差,无模型的损伤识别理论正日益受到重视,并已被应用于梁式构件的健康监测.文中引入了一种应变模态指标,将无模型损伤识别理论应用于平板网架结构中.以折减杆件截面面积的方式来模拟杆件损伤,数值分析了5种具有代表性的损伤工况,在数值计算结果中引入了白噪声,并取部分杆件作为监测杆件.损伤识别分析结果显示,损伤杆件的应变模态指标为结构所有杆件中最高的.通过比对各杆件的应变模态指标,便能对发生在结构中上弦杆、下弦杆以及腹杆等不同位置的损伤进行识别.同时,损伤杆件周围杆件的应变模态指标也会比无损杆件的指标较大,在损伤点周围会出现一个损伤指标显著的区域.另外,当结构中两根或多根杆件同时损伤时,应变模态指标也能识别出全部损伤杆件.     

测量模态不完整情况下空间网架结构的损伤识别

空间网架结构杆件数量庞大,自由度数目很多,要测得完整的模态数据有很大的困难。如何利用有限的测量信息对结构的损伤情况进行判断是一个实际的问题。对测量自由度不完整情况下网架的损伤识别,提出了两步法:第一,将测量的振型通过动力扩阶方法得到完整振型,利用模态应变能进行疑似损伤杆件判断;第二,利用最小二乘支持向量机对第一步判断的疑似杆件进行进一步的杆件损伤定位和定量。以一个空间网架结构为模型进行了数值模拟验证,结果表明对于测量模态不完整的网架结构损伤识别本文提出的方法是有效的。     

网架结构模型损伤试验研究

本文通过模拟网架结构构件的损伤及支座沉降,采用实际应用较为成熟的结构静力响应测试及低阶模态测试方法对一平面足尺钢网架模型进行测试,探讨网架结构在构件损伤时结构特性及响应变化特点规律,试验成果可为大跨结构的健康监测及损伤识别提供依据.     

考虑随机缺陷的正放四角锥网架结构损伤识别

缺陷存在于任何建筑结构当中,在役结构由于初始缺陷的存在和服役过程中不可预知情况的影响,结构损伤也是不可预知的。在实际工程中大跨空间结构因承受荷载的随机性强,且材料特性及施工误差等原因会产生各种初始随机缺陷,因此结构的几何特性、损伤演变机制和承载能力往往会不符合设计的理想化模型,也会使结构偏于不安全,最终导致损伤出现。考虑弹性模量、泊松比、杆件截面面积等初始缺陷因素,采用基于随机有限元的蒙特卡罗概率设计方法产生结构的随机缺陷;假定结构随机缺陷的统计特征服从正态分布,采用ANSYS的PDS技术结合结构模态分析确定结构响应的敏感参数,生成符合正态分布的具有随机缺陷的网架结构模型;最后采用基于曲率模态差和小波变换相结合的损伤识别方法对给定的正放四角锥网架结构杆单元损伤进行识别,并将识别结果与理想结构的识别结果对比,得出随机缺陷对正放四角锥网架结构杆单元损伤识别的影响。     

基于ANSYS的空间网架结构静力和动力分析

以某体育馆网架为研究对象,建立其参数化模型,利用有限元分析软件ANSYS对其进行整体结构静力分析、自由振动模态分析和随机振动分析,得到该网架的振动模态频率和振型,确定网架在地震波作用下关键节点的PSD响应,所得结果可对验证原设计和指导设计修改提供理论依据。     

简支梁模态曲率法结构损伤识别探讨

模态曲率法结构损伤识别属于无损结构动力检测的范畴,它是靠结构动力响应时振动曲率(即模态曲率)的变化或是说局部异常来识别结构的损伤,并可从模态曲率的异常位置和异常程度来定性判断结构损伤的位置和损伤程度。通过捕捉和分析结构自身在周围环境作用下的自振模态曲率参数,就可以完成对结构内部的损伤识别,克服传统超声波法检测结构损伤时由于损伤位置的不确定性而带来的测点布置的繁琐性和空间局限性,且能完善传统超声波法检测结构损伤时损伤程度难以定论的不足,因此在理论研究领域该方法具有一定的可探讨性,并有一定的实践意义。     

冻融与荷载耦合作用下岩石损伤模型的研究

 针对寒区工程结构的冻融受荷岩石,提出冻融损伤、受荷损伤与总损伤的概念,拓展损伤变量的内涵;以岩石的初始损伤状态为基准状态,充分考虑岩石细观结构的非均匀性,运用损伤力学理论及推广后的应变等价原理,建立冻融受荷岩石损伤模型;通过损伤变量及本构方程来描述岩石材料细观结构的损伤演化及其宏观损伤行为,与岩石实际冻融破坏情况符合较好。研究结果表明：寒区工程结构的受荷岩石,其力学性能由冻融因子、荷载因子及其耦合效应所决定;冻融与荷载的共同作用使岩石总损伤加剧,并表现出明显的非线性特征,而其耦合效应使总损伤有所弱化;岩石的岩性和初始损伤状态确定各影响因素的权重,表现出不同的损伤扩展特性;相比而言,砂岩对冻融循环更敏感,而受荷损伤最终导致页岩破坏。     

金属板材中裂纹尖端区的损伤分析

从连续介质损伤力学的基本理论出发 ,研究了金属试件中裂纹尖端损伤区的发展和区内损伤的演变 .基于改进的Dugdale模型和已有的材料损伤率 ,计算了损伤区内的损伤分布和拉伸应力 ,讨论了损伤在整体材料破坏过程的作用 .结果表明 ,材料细观对宏观裂纹的起裂和扩展有很大的影响     

节理岩体边坡概率损伤演化规律研究

露天矿边坡岩体是含有大量空间上随机分布裂隙的三维损伤体，岩体的强度和内部裂隙分布在空间上均具有随机性，岩体损伤是一种概率损伤。应用三维节理网络模拟技术建立节理岩体损伤张量及概率分布规律的计算方法，综合应用Rosenblueth原理、损伤断裂力学与数值模拟等理论与技术，建立三维节理岩体概率损伤演化的耦合分析程序，通过对鞍钢眼前山露天铁矿南帮边坡岩体随采场逐渐下降过程中概率损伤演化规律的数值模拟，计算得出边坡岩体在不同开采阶段的损伤张量的均值与标准差，揭示节理岩体损伤张量在露天矿开采的空间和时间上的动态变化规律，建立露天矿不同开采阶段的边坡岩体三维随机损伤场，为评价露天矿边坡可靠性的动态变化规律奠定基础。     

Uncertainty in Damage Assessment of Structures and Its Numerical Simulation

Supporting structures are subject to damage processes during their service lifetime. Damage may occur in the form of material or structural damage during the loading process. The parameters for describing damage are modeled as fuzzy values in the computational model. Damage is modeled by means of a fuzzy damage indicator, which assesses changes in stiffness as a result of damage. The damage indicator is applied for assessing damage development in plane reinforced concrete framework structures. Damage assessment with the aid of the introduced fuzzy damage indicator is demonstrated by way of two examples.     

利用爆炸技术改善低渗透储层的实验研究

 为了更好地开发低渗透油气藏,首先介绍“层内爆炸”增产技术的基本思路,然后用水中炸药界面爆炸对水泥试样损伤破坏的实验来模拟水力裂缝“层内爆炸”增产中激波使岩石损伤开裂的现象。通过实验观察到3个损伤区域：压剪损伤区,拉伸损伤区和边界损伤区,并且微裂纹的启裂扩展与水泥试样的初始损伤有关。分析发现：压剪损伤区和拉伸损伤区内裂纹的密度与装药量相关;压剪损伤区和拉伸损伤区半径分别为装药当量半径的2～5和20～30倍;量纲分析表明,损伤区半径与装药当量半径成线性关系。通过简易渗透率实验,发现压实区有一定的渗透率,这对“层内爆炸”采油技术的研究具有重要意义。最后,定性分析激波在试样中的传播过程以及试样微裂纹的启裂扩展机制。     

Neural network method based on a new damage signature for structural health monitoring

Adopting wide-band Lamb wave based active monitoring technology, this study focuses on a neural network method based on a new damage signature for on-line damage detection applied to thin-walled composite structures. Honeycomb sandwich and carbon fiber composite structures are studied. Two kinds of damage are considered: delamination and impact damage. A new damage signature is introduced to determine the presence and extent of damage in composites, while eliminating the influence of different distances between the actuator and sensor. Neural network method is researched to take advantage of this new damage signature combined with several other signatures to decide the damage mode. Kohonen neural network is developed. The proposed method is shown to be effective, reliable, and straightforward for the specimens considered in the present study, which are composed of different materials and suffer various levels of damage.     

用连续振动阻抗法进行预应力钢筋混凝土梁桥的混合健康监测

提出连续振动阻抗法,对预应力钢筋混凝土桥梁的两种破坏形式(即预应力筋破坏或梁破坏)进行混合健康监测。监测包括3个步骤:第一步,通过监测加速信号的变化,对整体破坏进行预警。第二步,通过振动和阻抗识别模式,将破坏类型分为预应力筋破坏或梁破坏。第三,基于形状模式和频率方法,通过测量试验室中几个预应力筋和梁的加速响应和电子-机械阻抗,对所提系统的可行性进行评估。     

层状岩体损伤演化与应变关系的研究

运用电子显微镜研究了岩石的微观结构，提出岩石微结构损伤模型：对层状岩体进行损伤演化与破坏过程的研究，建立本构方程与损伤演化方程；引入损伤变量及损伤扩展系数，建立符合岩体整个损伤演化过程的方程，描述岩石受载过程中初期近似呈线性，随后加速的过程。将岩体损伤与破坏过程分为3个阶段，分析层状岩体的损伤演化与破坏特征及其稳定性，解释岩石损伤演化的规律。研究结果表明：层状岩体的损伤萌生与扩展直到破坏，除与加载大小、速率等有关外，还与各亚层损伤演化规律、载荷与层面夹角、各亚层的内部微结构特性等有关。因此，现场整体岩层受其影响是显著的。     

既有网格结构损伤检测与模拟方法研究进展

网格结构在使用过程中会产生不同程度的损伤,损伤的累积会导致结构承载性能的降低甚至倒塌。基于现有研究成果,首先阐明了结构损伤检测过程中样本选取方法的研究进展与不足,指出了概率抽样方法的合理性与局限性;在结构损伤的参数化表征方面,总结了基于损伤力学与断裂力学等研究方法的成果,指出了不同方法在应用过程中面临的问题;在结构损伤的模拟方面,介绍了若干含损伤及缺陷模型的构建方法以及其适用性。最后,总结了网格结构损伤检测与模拟过程中面临的主要问题与针对性的研究思路。     

钢-混凝土组合桥损伤诊断

利用结构动力参数的改变进行损伤识别是目前损伤诊断常用的方法 ,然而许多指标对损伤并不敏感 ,本文利用能量传递比 (ETR)指标来诊断组合桥的常见损伤 :支座损伤和钢梁开裂。首先介绍了ETR指标的定义及其物理意义 ,其次介绍了一座钢 -混凝土组合桥 1∶6模型的静动载实验 ,分别利用静态识别参数如挠度与应变、动态识别参数如频率、阻尼比和能量传递比 (ETR)等指标来进行损伤识别 ,分析比较了各个指标的优缺点 ,得出了一些有价值的结论。