拱结构模态测试中传感器优化配置

将有效独立法(EFI)和有效独立-驱动点残值法(EFI-DPR)应用到拱结构的模态分析传感器优化布置中,通过与传统的均分法(ED)进行数值和试验比较,找出传感器优化布置的有效方法和合理方案.首先利用Ansys有限元软件进行拱结构模态分析的数值模拟,分别用3种方法对其进行传感器优化布置;然后分别用均方差最小准则和模态保证准则对其优化结果进行验证和比较,找出最适合的优化方法;最后结合拱结构模态试验,提出了传感器优化布置方案.结果表明,在拱结构模态试验中,ED法具有一定的合理性,但其随机性较大.EFI法克服了这一缺点,且随着传感器数目的改变,其均方差呈规律性变化,为确定传感器优化数目提供了依据,其优化效果优于其他两种方法.     

输电铁塔双轴加速度传感器多目标优化布置*

输电铁塔传感器优化布置有助于采用较少的传感器获得更精确的结构模态信息。建立铁塔顺线路方向和横线路方向上的目标函数,分别为MAC矩阵非主对角元最大值、奇异值比值最大值以及测点模态动能最小值的倒数,将输电铁塔传感器优化布置问题转换为多目标优化Pareto问题,对各目标值进行最小化处理可以获得较优的传感器布置方案。采用结合非支配遗传算法的改进粒子群优化算法对该多目标问题寻优,并与二维有效独立法对比,结果显示本文所提多目标优化兼顾各目标值,可获得较好的布置效果。对一基猫头输电塔进行实测分析,结果表明采用本文方法布置传感器能够获得较好的测量效果。     

基于MAC算法的法兰螺纹连接结构传感器优化布置

传感器布置问题对机械结构的故障诊断和状态识别过程有重要意义。利用模态置信度(MAC)算法解决法兰螺纹连接结构故障检测中传感器优化布置问题。首先建立法兰螺纹连接结构的有限元模型,并对其进行模态分析。充分考虑模态分析结果和法兰结构实验的目的,初步选取传感器布置点用以候选。从侯选测点中选择满足MAC矩阵非对角元素最小的测点,添加到初始测点中,不断循环直至达到要求,实现了法兰结构传感器的优化与定位。为振动状态中螺纹连接结构的状态识别提供合理的传感器布置方式。     

输电铁塔双轴加速度传感器优化布置

研究输电铁塔结构振动测量用双轴加速度传感器的优化布置问题。以三维模态置信准则(TMAC)为基础,提出一种新的考虑减小冗余度的二维模态置信准则法(RRBMAC法),以实现双轴加速度传感器优化布置,该方法基于改进的二维列主元QR分解获得传感器初始布点,再结合BMAC矩阵非对角元最大值和测点冗余度建立目标函数进行寻优。采用EFI2法和RRBMAC法对钢管塔进行传感器优化布置,采用两个水平方向的模态置信准则和最大奇异值比值对布点方案进行评价,结果显示两种方法的优化效果均首先随传感器数量增加而增强,而后趋于平稳,RRBMAC法较EFI2法能够获得更好的布置效果,且在传感器数目较少的情况下,RRBMAC法即表现出较好的优化能力。另外,采用EFI2法和RRBMAC法对一基格构式输电铁塔进行传感器优化布置,对比分析结果显示RRBMAC法能够获得较好的布置方案。采用优化的传感器布置方式对铁塔进行风振响应实测,并采用NEx T-ERA方法识别铁塔固有频率和阻尼系数,与模态分析结果对比显示NEx T-ERA方法能够提取得到较精确的频率结果。     

基于LS-SVM与遗传算法的数控机床热误差辨识温度传感器优化策略

提出一种在数控机床热误差辨识建模过程中,利用最小二乘支持向量机结合遗传算法对温度传感器进行筛选与优化的新方法。对布置在一台数控车床上的温度传感器进行了优化,首先根据热模态理论,对传感器进行分组,利用最小二乘支持向量机方法构建数控机床热误差辨识模型,再根据遗传算法对其进行传感器优化布置。结果表明,遗传算法与最小二乘支持向量机方法的结合,不但很好地避免温度测点的相互影响,保证模型精度,而且节约了硬件成本,提高了辨识建模速度。     

基于MAC与PSO的自动机测点优化

针对某型高射机枪自动机机箱的外表面形状比较复杂,传感器的布置受到结构形状的限制,自动机构件运动的敏感点难以获取,提出了基于模态保证准则与粒子群算法的自动机测点优化配置方法。根据对某型高射机枪自动机的ANSYS有限元模态分析,并针对机枪的模态试验结果,建立了基于模态保证准则的适应度函数,并通过运用粒子群算法优化传感器的配置,解决了自动机机箱振动信号采集过程中测点的选择和优化以及传感器布置数量难以估计和定位困难的问题。     

基于EI法的高铁受电弓传感器优化布置

将基于Fisher矩阵的有效独立法(EI)应用到高铁受电弓传感器优化布置当中,分别采用两种不同优化思想得到两种不同的优化方案。首先,运用EI法分别对受电弓主要组成部件逐一优化布置;其次,运用该法直接对其整体进行优化布置;最后,利用四种评价准则对本文提出的两种方案和均匀布置方案进行验证和对比分析,结果表明EI法在结构复杂的受电弓传感器优化布置当中是有效可靠的,且逐一对结构主要部件优化的思想获得模态向量线性独立性更好、模态信息量更大、布设位置更加精确,该思想在工程应用当中具有一定的指导意义。     

大垮空间结构智能监测优化设计及信号处理

针对结构形式复杂以及安全性能要求高的大跨空间结构的健康监测,充分利用压电材料抗压性能好、传感速度侠的优点,设计了一种将拉力转化为压力且不承受弯矩的新型压电传感器;根据传感器的工作原理,建立了相应的有限元模型,推导了传感器工作的模态方程;基于最大输出原理给出相应的目标函数,运用遗传算法高效地解决了传感器布置位置优化问题;针对结构承受荷载的不确定性以及响应信号的随机性,运用小波分析对振动信号进行采集处理,避免了观测溢出.对一大跨结构进行智能监控数值仿真,结果表明,通过优化布置的新型传感器安全、可靠、高效地实现了大跨空间结构的智能监测,对响应信号进行小波分析处理,在消噪的同时保证了信号处理的稳定性.     

动态测试中大模型传感器的优化配置研究

通过分析多种优化配置算法的优缺点,并结合大型结构的动态特性,提出一种混合优化算法,使传感器布置更加合理。以飞机侧翼结构为例进行传感器的优化配置,结果表明,采用优化算法计算得到的传感器配置方案,既能保证监测模态的完整性,又能使模态向量的空间交角最大。     

应用模态置信准则最优解的高速自动机测点优化

针对高速自动机状态监测和故障诊断中,传感器数目难以确定,测点定位困难的问题,提出了应用粒子群优化模态置信准则的高速自动机测点优化配置方法。通过对某型高射机枪高速自动机有限元振动模态分析结果,结合试验模态测试,识别出高速自动机的振型及模态参数,并以此作为依据初选5个测点,并构建基于模态置信准则的适应度函数,通过采用该适应度函数的粒子群优化算法对这5个测点进行优化配置,解决了高速自动机机箱振动信号采集过程中测点的择优布置以及传感器定位困难及数量难以估计的问题。     

基于锤击法的弯连续刚构模型桥动力试验

利用力锤冲击激励对室内弯连续刚构模型桥进行了模态试验,研究了基于锤击激励法模态试验的一些关键技术,采用模态分离技术进行了传感器的优化布置,同时建立了空间有限元模型进行了理论计算。理论计算值与试验值对比分析表明,两者结果最大相差不超过8%。这说明锤击法的模态试验是成功的,研究结果可为同类空间结构的模态试验分析提供参考。     

面向桥梁状态评估的传感器优化配置

以模态置信度矩阵(modal assurance criterion简称MAC)、Fisher信息阵和振型误差为优化准则,采用整数编码遗传算法,探讨了模态挠度法应用中的有限元模型修正和模态挠度计算的传感器优化配置问题。与常用的平分法、有效独立法及基于QR分解的逐步累积法比较,优化配置结果表明,整数编码遗传算法优于上述3种方法。     

基于接头灵敏度分析的驾驶室刚度模态优化

针对商用车驾驶室接头结构设计不合理的问题,文中提出一种基于接头灵敏度分析的驾驶室刚度模态优化方法。首先,从驾驶室有限元模型中截取所需接头,并采用有限元分析技术对其进行力学特性分析,找出接头结构的关键控制因素;其次,以弹性模量为设计变量进行接头灵敏度分析,找出对驾驶室刚度模态影响较大的接头结构;然后,选用第3代遗传算法对该优化问题进行多目标优化;最后,采用TOPSIS算法从帕累托前沿解中选取更符合用户偏好的驾驶室刚度模态优化方案。优化结果表明：在驾驶室质量基本不变的情况下,驾驶室刚度模态均有较大提升。     

基于HGSA的起重机振动监测传感器布置及应用

为解决起重机械监测传感器布置手段缺失、布置点位搜索效率低,测点不够准确的问题,提出了一种基于和声遗传搜索算法（harmony genetic search algorithm,简称HGSA）的振动传感器布置方法。首先,建立模型进行模态分析,得到各阶位移矩阵,通过参数对比建立最优参数组合;其次,采用随机搜索机制对位移矩阵进行快速搜索得到初步解;然后,通过对初步解进行反复遗传和变异迭代得到最优解;最后,以门式起重机试验装置为对象,采用模态数据分析系统分别对HGSA、和声搜索（harmony search,简称HS）和遗传算法（genetic algorithm,简称GA）得到的传感器布置方案进行对比。结果表明,HGSA得到的测点频率响应函数峰值更大,能够更加有效地反映结构的振动响应。该方法为起重机械振动监测传感器安装提供了一种新手段。     

传感器优化布置的改进有效独立算法

基于传统有效独立法(effective independence algorithm,简称EI法),以测点的频响函数为驱动点留数加权有效独立分布向量,提出改进的有效独立法用于传感器优化布置。该方法弥补了传统有效独立法会得到振动能量较低测点的缺点,可针对位移、速度和加速度不同类型的传感器采用相应的频响函数分别进行优化布置。应用该方法对一座矮塔斜拉桥三向加速度传感器进行优化布置,并采用模态保证准则和抗噪声能力准则对布置方案进行评价,结果表明,改进有效独立法能得到精确、经济的传感器布置。     

客车NVH特性的车身地板优化设计

针对某客车在高速下车身地板中后部振动较大、导致车厢内部NVH性能变差的问题,利用有限元软件建立了该车身地板的有限元模型。并通过试验测试分析技术和有限元模态分析法找出了车厢内地板振动的原因,其原因是客车车身地板后部在(45~60Hz)内存在两个局部模态,此两个模态频率落在了传动轴的1.28阶激励和发动机的2阶工作激励频率范围内,引发了地板的共振。先对车身地板的有限元模型中的横梁进行了灵敏度分析,然后根据分析结果进行了地板横梁结构及布置的优化,最后对优化结果进行了试验验证。试验结果表明优化后车身地板的振动明显减弱,表明了优化方案的有效性,这对解决类似的汽车NVH问题具有指导和参考价值。     

微机械电容式加速度传感器的设计与加工工艺

对定齿偏置电容式加速度传感器进行了参数设计和优化。通过有限元仿真分析软件计算出其特征频率与典型振动模态,结果表明:传感器具有较大的频率响应范围,检测模态特征频率远小于其他模态,有效减小了交叉干扰。最后,给出了基于MEMS技术的电容式加速度传感器的加工工艺。     

LAMOST平衡系统的传感器优化布置

针对模态测试中的传感器优化布置问题,提出一种新的主元分析和组合MAC联合算法。首先,将多种传感器布置方法的结果形成原始特征数据矩阵,利用主元分析获得空间测点的主元和综合评价值,据此可以合理地大幅减少候选测点数目;其次,使用组合MAC法计算所有组合的MAC矩阵,取最大非对角元最小的一组作为最终选择;然后,以悬臂梁为例,分别用联合算法和4种传统算法对其进行传感器优化布置,通过3个评价准则的数值比较,证明联合算法的优越性;最后,将联合算法应用在望远镜LAMOST的平衡系统上,得到了两个方向上的传感器布置方案,进一步验证了联合算法的可行性。     

电火花机床主轴头的模态分析与减振设计

针对某机床厂生产的SH50电火花机床在实际工作中主轴头振动较大的问题,通过实验测试和有限元仿真相结合的方法,分析了主轴头的模态特性,并通过测试主轴头的工作振型(operating deflection shapes,简称ODS),找出了主轴头实际工作中的薄弱环节。理论模态、实验模态和ODS三种结果相互印证,增加了有限元模型的可信度,并以此模型为基础对主轴头进行了减振设计。模态实验中改进了传统模态实验依靠经验选取测点或均匀布点时,对经验高度依赖且实验效率较低的弊端,采用有效独立法和模态置信度(modal assurance criterion,简称MAC)矩阵相结合的方法,实验前先进行测点优化,然后根据优化结果布置传感器和力锤位置,提高了模态实验的精度和效率。结果显示,在主轴头结构上增加一个背板,能够提高主轴头频率,远离工作频率的共振范围,起到减振的目的。     

微型电动汽车车架多目标驱动尺寸优化研究

利用Creo建立车架三维模型并导入ANSYS有限元分析软件,对车架进行静态弯曲和应力分析,通过静态电测试验确定有限元分析的应力值和试验真实应力值在合理范围内,对车架进行模态分析,通过模态试验验证有限元分析的模态振型、频率的正确性,对车架进行谐响应分析,确定对车架结构动态性能影响最大的模态频率。结果表明:车架具备良好的强度和刚度特性,但存在一定的优化空间。优化过程在满足车架强度和刚度要求的前提下,通过改变横、纵梁布置结构的方式实现优化目的。车架质量与原车架相比减少了74.58kg,降低了27.74%;最大等效应力增加了23.36MPa,但应力分布更加合理。