基于非负贝叶斯正则化的冲击载荷光纤识别法

针对目前冲击载荷识别中存在的传感器质量不可忽略和识别结果带有负分量问题,提出基于非负贝叶斯正则化的复合材料结构冲击载荷光纤识别方法。首先,将光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,简称FBG）传感器集成于复合材料筒舱结构上,获取其动态响应信号;其次,建立冲击载荷识别模型,将冲击载荷识别问题表示为时域离散的反卷积问题;最后,考虑到冲击载荷的非负特性,通过贝叶斯层次化建模获得其后验概率密度函数,最大化概率密度函数得到冲击载荷的最大后验概率解。结果表明,FBG传感器可以较好地实现多个传感点冲击响应的同步测量,非负贝叶斯正则化方法可以有效地克服传统Tikhonov正则化的不足,自适应确定算法参数,消除没有物理意义的负分量,使得重建的冲击载荷时间历程与实际历程相吻合。     

基于应变响应的结构动态载荷识别方法

提出了基于结构应变响应的动态载荷识别方法。首先，开展结构动态响应理论分析，推导结构动态响应的应变表达，构建基于应变响应的动态载荷识别模型；其次，基于D-optimal算法，对应变响应采集所涉及的贴片数量和方位进行优化计算；然后，以方形悬臂薄板和汽车拖曳臂的动态载荷识别为例，分别进行正弦和随机载荷的识别，分析识别激励的误差来源；最后，采用Pearson相关系数和拟合系数，衡量识别载荷与原始载荷的相似程度和幅值差异情况。结果表明，方形薄板识别激励与原始激励吻合较好，拖曳臂识别激励与原始信号的波形基本保持一致，但幅值有一定的差异。     

动力蓄电池包冲击累积损伤数值模拟研究

分析了车用电池包(Pack)在多次冲击载荷作用下的累积损伤。应用Hypermesh建立了Pack的有限元模型,使用LS_DYNA显式求解器求解了冲击载荷作用下Pack结构的动态响应,得到冲击载荷作用下Pack结构的von Mises应力和塑性应变分布情况及最大值,然后采用LS_DYNA重起动技术实现损伤状态参量传递,进而实现考虑初始损伤结构在多次冲击载荷作用下的应力状态及塑性应变累积分析,最后采用Johnson-Cook失效模型评估了结构损伤,得到Pack结构损伤的分布。     

冲击时刻未知情况下复合材料结构冲击载荷识别

提出了一种应用遗传算法对复合材料结构进行冲击载荷识别的方法,在冲击时刻未知和量测信息缺失的情况下,同时识别冲击时刻和冲击位置并近似重建冲击载荷历程。此方法将冲击载荷识别转换为优化问题,结合复合材料结构在冲击载荷作用下的响应模型,通过最小化理论计算结果与实际量测信息之间的差别,遗传算法自适应地搜索出描述冲击时刻、冲击位置和冲击载荷时间历程的参数。为了提高运算效率,采用微种群遗传算法来加速收敛性。数值仿真结果证明了该冲击载荷识别方法的有效性和可应用性。     

冲击工况下行星齿轮系统点蚀故障评估方法

行星齿轮系统作为工业减速机的关键结构,在运转过程中受到循环载荷和冲击载荷的作用,易使齿轮表面金属疲劳剥落,形成点蚀故障。当系统受到冲击载荷作用时,振动信号的剧烈波动会干扰系统的故障识别。针对该问题,基于冲击工况下含点蚀故障的行星齿轮系统动态特性分析,开发了诊断指标。首先,基于解析几何方法及Hertz接触理论建立了齿轮副接触刚度模型;其次,引入冲击载荷,利用冲击函数法求解了太阳轮-行星轮啮合力;最后,基于系统动态响应信号的频谱分布规律,提出了边带质心能量指标,实现了故障冲击与载荷冲击的准确辨识。     

基于子结构分析的动态载荷和模型参数复合反演研究

针对结构特征参数、输入激励和输出响应等信息不完备的系统,基于子结构方法提出一种时域内动态载荷和模型参数复合反演的方法。首先,将结构划分成不同的子结构,对存在动态载荷的子结构建立有限元模型,该子结构与其他部件之间的连接关系采用等效的界面力代替。采用Green核函数法建立识别该子结构所受动态载荷的正问题模型,利用正则化方法实现时域内动态载荷的稳定识别。然后,在已识别载荷的基础上建立整体结构的有限元模型,通过非线性最小二乘法实现结构的未知模型参数的识别。数值算例表明,在响应存在测量噪声的情况下,所述的复合反演方法能够有效稳定地实现动态载荷和模型参数的复合反演。     

冲击载荷下加筋板的结构分析及优化选择

研究冲击载荷作用下加筋板架的动态响应对于深入理解相关摇摆台的耐撞性设计具有重要的指导意义。应用数值仿真的方法对4种典型加筋板架进行分析计算,得到不同加筋情形下板架的动态响应特征,并从变形趋势、应力、应变三个方面进行对比分析,进而选择出了较好的方案。     

运用矩形压电片的冲击载荷定位新方法

为了更加方便、精确地进行结构冲击载荷定位,利用应变花的原理,通过矩形压电片传感的方向性试验,提出了一种基于矩形压电片花形结构的冲击载荷定位新方法——相对幅值法。该法只需知道压电片的响应幅值,1个压电片花形结构确定1个冲击载荷的方向,因此通过2个花形结构就可以确定冲击载荷的位置。在铝板中进行了验证试验,理论计算和实际冲击点的平均误差为3.6 cm,识别精度能满足工程实际要求。     

时域内动态载荷识别的径向基形函数法

为了减小载荷识别过程中的不适定性,稳定地实现动态载荷的时域重构,提出了基于径向基形函数的时域动态载荷识别方法。在离散化系统动力响应卷积关系式的基础上,将载荷在时间域内划分单元,采用径向基函数构造载荷形函数,并在整个时间域内进行组装,得到整体形函数响应矩阵,建立载荷识别的正向模型;在此基础上,利用正则化方法实现动态载荷识别。算例表明,该方法能够有效减小核矩阵的规模,改善核矩阵的病态性,在采样时间步长较大且响应存在测量噪声的情况下,可保证动态载荷反演的稳定性和精确性。     

基于应变模态的加筋板螺栓松脱识别

为研究螺栓松脱的检测识别方法,设计了带螺栓连接的硬铝合金加筋板结构,采用光纤光栅传感器测量加筋板共振时螺栓松脱前、后的应变响应,并以此应变响应为标识量来识别螺栓脱落的位置。试验结果表明:采用应变模态为标识量能够准确识别加筋板紧固件的螺栓松脱位置。     

Monitoring of strain induced by heat of hydration,cyclic and dynamic loads in concrete structures using fiber-optics sensors

Advances in sensors technology provided an opportunity to monitor structures during different construction stages, as well as the behavior of concrete elements during hydration and strength gain. In this paper, embedded Fabry–Pérot fiber-optic sensors were utilized in an experimental investigation to study the hydration process in two different concrete volumes. In addition, the sensors performance under cyclic and torsional loading was investigated. The results showed that up to +300 μstrains could be developed until the final setting is reached. The increase in strain was accompanied by a 55 °C (130 °F) increase in temperature during the first 24 h. These values vary based on the nature of the mix and the concrete volume. In the cyclic and torsion tests, the fiber-optic sensors responded to load variations and were capable of recording samples responses as small as 1 μstrain.     

脱层复合材料圆柱壳屈曲的实验研究

脱层的存在将会大大降低层台结构的屈曲载荷。本文首先针对在轴压载荷作用下含脱层的复合材料层合圆柱壳，设计了测试其稳定性的实验方案。然后利用位移传感器、应变传感器、声发射仪器和红外热像仪等实验仪器，对含任意位置脱层与不含脱层的圆柱壳的屈曲载荷进行了实验测试，并对实验进行了精度分析。最后给出了实验结果并进行了讨论。     

基于多源数据融合的采煤机截割载荷预测方法

为解决单一传感信息对采煤机截割载荷预测精度低的问题,提高采煤机运行安全状态的感知能力,在应用深度信念网络(DBN)的基础上,引入贝叶斯正则化(BR)方法和粒子群优化(PSO)算法,提出了一种基于多传感器的采煤机滚筒载荷辨识与预测方法.构建BR-PSO-DBN预测模型,以惰轮轴传感器、连接架销轴传感器和摇臂应变传感器监测...     

Analysis of new method for vertical load measurement in the barycenter of the rail web by using FEM

Continuous method for measuring the forces between the wheel and rail is very important to monitor track loads. One of the usual methods is installing a strain gauge on the rail surface. Thus, strain gauge exposed to aggressive environment that makes it difficult for system to measure exclusively vertical force component and has complex installation operation. In this paper, strain measurement to assess the vertical load on cross section barycentric of rail and the lateral surface of rail web are studied. For this purpose, finite-element analysis was performed and the forces that exchange between wheel and rail in contact location were replaced with the moving loads that were applied to the railhead directly. Size of the effective contact patch was obtained from Hertz contact theory and patch switching time was considered short enough to reach an approximate continuous moving load. The results demonstrate the magnitude of strain in vertical direction is approximately same for the cross section barycentric and lateral surface of the rail web. However, the great advantage of measurement in the cross section barycentric of rail better distinguishes longitudinal and lateral strains from the vertical and also lateral load on a rail has less effect on vertical load measurement.     

基于光纤布拉格光栅的载荷定位与检测方法

针对传统定位系统存在的结构复杂、实时性低、需要建立训练集等问题,提出利用光纤Bragg光栅结合直角应变花结构的方法对冲击源进行定位。在平面应变下,建立横向效应补偿因子模型和应变解耦模型,证明了光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)直角应变花结构用于定位时不受横向效应的影响。同时针对四边简支薄板结构,提出一种判定冲击载荷大小的新方法。通过不同位置两组FBG应变花分别测得的主应变方向,其交点来确定冲击源坐标;通过FBG传感器测得的轴向应变经横向效应补偿,并结合四边简支板扰度曲线和定位坐标,来对冲击载荷大小进行测量。试验表明其定位精度达到2.9 cm以内,定位实时性1 ms左右,冲击载荷大小判定误差在3 N以内。为冲击平台载荷检测提供了一种实用可行的方法。     

斜向冲击下单层网壳结构的动力响应试验

为了研究单层网壳结构在斜向冲击荷载下的动力响应特征及其受力过程,对一单层K6型网壳模型结构进行力锤激励模态试验、斜向冲击试验和数值模拟分析。基于大比例网壳试验模型,利用动态信号测试系统获取结构模态参数,借助高速摄影机拍摄冲击历程、网壳变形及破坏形态,通过动态应变仪、位移传感器和加速度传感器得到了斜向冲击荷载下网壳结构关键杆件和节点的时程响应数据。结果表明:模态试验测试结果初步验证了模型的正确性;单层网壳结构在斜向冲击试验中的响应模式可以被划分为3种;斜向冲击荷载下结构中最不利受载节点普遍距离支座较远;距离冲击点越近的部位响应出现越早,相应幅值也越大,响应由冲击部位传至整个网壳的时间约为0.15~1.58ms;网壳结构试验的动力响应分析结果和理论分析吻合度较高。     

仿真与实测多信息融合的机械结构外载荷反演技术

针对机械结构在复杂工况下载荷边界条件难以确定的问题,提出一种仿真与实测多信息融合的外载荷反演技术.首先建立待研究结构的有限元模型,在结构外载荷作用位置施加单位载荷,计算构件全场应变响应;然后基于D-最优设计原则得到应变测试的测点最佳布置方案和最优载荷系数矩阵,据此建立外载荷与应变间的动态响应关系;根据得到的测点布置方案...     

Experimental identification of turbulent fluid forces applied to fuel assemblies using an uncertain model and fretting-wear estimation

This paper is devoted to the identification of stochastic loads applied to fuel assemblies using an uncertain computational model and experimental measurements of responses. The stochastic loads applied to the structure are induced by a turbulent flow. The structure is made up of a nonlinear complex dynamical system. The experimental responses of the structure are obtained from strain sensors located on the structure. There are several sources of uncertainties in this experimental identification problem of the stochastic loads: uncertainties on the nonlinear dynamical computational model of the structure (fuel assemblies), uncertainties on the parameters of the mathematical model of the stochastic loads themselves and finally, measurements errors. All these sources of uncertainties are identified and taken into account in the identification process of the stochastic loads. Then, the stochastic nonlinear dynamical computational model of fuel assemblies on which the identified stochastic loads are applied yields interesting results concerning the robustness of the estimation of the fretting-wear of the fuel rods.     

基于改进卡尔曼滤波的叉车载重快速准确估计方法

针对工作环境恶劣、操作工况复杂的伸缩臂叉车载重实时快速准确估计需求,对伸缩臂叉车的载重估计数学模型及其求解算法进行了研究。首先,利用叉车现有功能模块中已装配的各类传感器,提出并分析了三种载重估计方案,在综合比较各方案的优缺点之后,确定并建立了基于动力学原理的载重估计数学模型;然后,将载重作为估计系统的状态变量,将液压系统压力、臂架变幅角度和伸缩臂伸缩长度等实时信号作为测量值,将基于转动定律建立的载重计算公式作为状态变量与测量值之间的观测方程,运用卡尔曼滤波算法对该数学模型进行求解;同时,为解决卡尔曼滤波算法在递推过程中状态变量发生改变从而导致大量新测量数据对状态变量失去校正能力的问题,提出了一种基于改进卡尔曼滤波的载重估计算法;最后,对某企业超长载重伸缩臂叉车进行了不同载重的离线试验和在线试验。研究结果表明：对于454 kg的轻载荷,该算法的估计结果的最大绝对误差小于91 kg,而对于1100 kg、2268 kg、3368 kg和4536 kg的重载荷,其平均绝对百分比误差小于3%;趋于稳定估计值的响应时间可在1 s之内,完全优于实际应用需求。该方法模型简单、可移植强,可推广应用到起...     

基于ANN和动应变的梁桥移动荷载识别及试验

为了实现桥梁上车载参数的快速识别,基于欧拉梁动力解析解分析桥梁挠度和应变对移动荷载的敏感性,选择敏感性更强的应变作为输入参数,研究将人工神经网络(artificial neural networks,简称ANN)用于识别梁桥移动车载的理论和方法。对简支梁桥在移动车载作用下的动应变响应进行理论分析及数值模拟,选取不同工况下的模拟数据对网络进行训练,分析激活函数组合和训练方法对网络精度的影响及噪声水平对动荷载工况下正确识别率的影响。通过车-桥模型动力试验验证该方法的合理性和可用性。结果表明,不同激活函数组合对识别结果影响较小,而不同的训练算法对识别结果影响较大,在应用神经网络识别桥梁移动荷载时,可以通过桥梁的动应变,对车辆的位置、速度和动荷载进行识别。