两种传感器的位置优化及结构多种响应重构

提出了利用卡尔曼滤波算法以重构结构响应为目标的应变传感器和位移传感器位置优化和数目确定的方法。通过从传感器位置候选群中不断删除对响应重构精度贡献最小的位置,直到最大规则化重构误差方差或者平均规则化重构误差方差等于或者大于预设的阀值,由此来确定位移和应变传感器的数目和优化的位置,并综合利用这两种响应重构关键位置的位移和应变响应。数值算例结果显示,利用优化位置的测量信息重构的响应与数值计算的响应吻合良好,并且综合利用两种信息重构得到的响应比用单种信息重构的结果精度更高。     

基于频响函数的结构损伤识别模型修正方法

针对模型修正中测量数据不完备问题,提出一种利用频响函数结合结构损伤识别进行模型修正的方法。首先,采用频响函数摄动分析法建立频响函数灵敏度方程,并综合考虑结构响应对参数变化的灵敏度及阻尼对振幅的影响等因素,合理选择频率范围;然后,利用完好结构的频响函数和测量得到的损伤结构固有频率重构损伤结构未测量节点的频响函数;最后,研究与模型修正相适应的传感器优化布置方法,确定传感器数目及测点位置,从而为模型修正提供所需的频响数据。数值模型试验表明,利用较少数量的传感器提供的频响数据即可识别出损伤位置和损伤程度,得到与结构实际参数相符的模型修正结果。     

基于频响函数的结构损伤识别模型修正方法

针对模型修正中测量数据不完备问题,提出一种利用频响函数结合结构损伤识别进行模型修正的方法。首先,采用频响函数摄动分析法建立频响函数灵敏度方程,并综合考虑结构响应对参数变化的灵敏度及阻尼对振幅的影响等因素,合理选择频率范围;然后,利用完好结构的频响函数和测量得到的损伤结构固有频率重构损伤结构未测量节点的频响函数;最后,研究与模型修正相适应的传感器优化布置方法,确定传感器数目及测点位置,从而为模型修正提供所需的频响数据。数值模型试验表明,利用较少数量的传感器提供的频响数据即可识别出损伤位置和损伤程度,得到与结构实际参数相符的模型修正结果。     

基于有限多个测点信息的结构破损诊断研究

测试振型不完整是阻碍结构破损诊断技术发展的重要原因，本文以结构各自由度所含破损信息的大小为条件，根据灵敏度分析方法提出了结构测点数目和位置的优化方法，确保了有限多个测点能获取足够的结构破损信息，从而避免了测试振型扩充的困难，同时基于有限多个传感器测点信息提出了结构破损定位的诊断方法，算例研究表明该方法结构破损定位效果好，算法简单，应用方便。     

约束子结构损伤识别的时序方法研究与试验

针对大型复杂结构的整体监测常常面临测量信息不足等困难,提出只利用局部动态响应进行子结构损伤识别的约束子结构方法。约束子结构方法是通过子结构响应的卷积组合限制子结构边界的响应为零,来实现施加虚拟支座,从而将子结构分离出整体,然后利用构造的相应子结构内部响应,进行子结构损伤识别。该文利用先分段提取结构响应的子时间序列,再延时排列Toeplitz矩阵的方式,使基于不同响应的构造约束子结构的方程具有相同表达式,统一了约束子结构方法的基本思想。通过测量悬臂梁的局部动力响应,利用局部响应的时间序列实现了子结构的快速准确地分离和识别,验证了方法的实用性和有效性。     

基于数据融合的传感器优化布置方法

传感器优化布置是结构健康监测研究的重要内容,传感器数量和位置的选择直接关系到模态参数识别的效果及模型修正的结果等。为了达到布置在结构上的有限传感器能够测量并得到用于模态参数识别的最佳信息的目标,提出了基于数据融合的传感器优化布置方法。该方法以距离测度作为数据融合的融合度,首先通过对距离测度矩阵、支持度矩阵的计算,得到待选测点的综合支持度;其次,根据待选测点的综合支持度大小来确定传感器优化布置的位置;最后,以网架结构的传感器优化布置为例,运用峰值法进行自振频率识别,通过已选测点与未选测点识别效果的对比,验证了该方法的有效性。     

一种聚类优化的传感器布置方法研究EI北大核心CSCD

复杂结构试验/理论振型的匹配是模态参数型修正过程的重要内容。以测量并获取用于模态参数识别的最佳信息为目标,实现布置在结构上有限数量的传感器能有效避免信息冗余,提出了一种聚类优化的传感器布置方法。根据结构模态中各自由度振型的动力相似性,应用k-means聚类算法对自由度进行自动集结并分类。采用有效独立法分别从各聚类自由度中搜索出模态分辨率最高的传感器位置作为实际的测量位置。最后通过一个悬臂梁、一个悬臂薄板的数值分析和一个旋转滤光轮组件的模态测试试验对该优化布置方法进行验证。分析结果表明,这种方法能有效选出独立敏感性测点,并且具有较高的搜索效率。     

一种聚类优化的传感器布置方法研究

复杂结构试验/理论振型的匹配是模态参数型修正过程的重要内容。以测量并获取用于模态参数识别的最佳信息为目标,实现布置在结构上有限数量的传感器能有效避免信息冗余,提出了一种聚类优化的传感器布置方法。根据结构模态中各自由度振型的动力相似性,应用k-means聚类算法对自由度进行自动集结并分类。采用有效独立法分别从各聚类自由度中搜索出模态分辨率最高的传感器位置作为实际的测量位置。最后通过一个悬臂梁、一个悬臂薄板的数值分析和一个旋转滤光轮组件的模态测试试验对该优化布置方法进行验证。分析结果表明,这种方法能有效选出独立敏感性测点,并且具有较高的搜索效率。     

基于局部时间序列的约束子结构修正法

针对局部子结构为修正对象的情况,提出了基于时间序列的约束子结构修正法.从而只利用整体结构中局部子结构部分的自由响应或者随机响应就可以精确修正子结构模型.该方法依据线性结构的线性叠加原理.将一组长的子结构响应的时间序列延时划分为若干组子时间序列,然后利用这些子时间序列的线性组合,限制子结构边界的响应,从而隔离整体结构对子结构的影响,构造出约束子结构的响应,进而通过约束子结构的模态识别和模型修正实现对局部子结构的修正.以十跨桁架模型为例,分别利用子结构位置的随机响应和自由响应修正子结构,验证了所述方法的有效性,并分析了噪声对方法的影响.     

基于局部主频率的子结构损伤识别研究与试验

针对大型复杂结构的整体监测常常面临测量信息不足等困难,提出只利用局部动态响应进行子结构损伤识别的局部主频率方法.子结构的局部主频率指:如果整体模态中含有以局部子结构位移为主的模态,即等价于在局部激励作用下,整体结构的振动主要体现为子结构的振动,并且主要以这阶局部模态振动为主,那么对应的该阶频率即定义为子结构的局部主频率.局部主频率主要反映子结构的局部特性,对子结构损伤的灵敏度高,所以只利用局部主频率就可以识别子结构.当子结构特征不明显时,提出通过附加质量使子结构具有局部主频率的有效方法.该文进行了大型空间桁架的局部动力测试试验,试验中通过附加质量使杆件子结构具有局部主频率,并能准确地识别出杆件损伤的位置和程度.     

Buckling analysis of rotationally periodic structures using shell element with relative degrees of freedom

By considering the characteristics of deformation of rotationally periodic structures subjected to rotationally periodic loads, the periodic structure is divided into several identical substructures in this paper. If the structure is really periodic but not axisymmetric, the number of the substructures can be defined accordingly. If the structure is axisymmetric (special in the case of the periodic), the structure can be divided into any number of substructures. It means, in this case, the number of substructures is independent of the number of buckling waves. The degrees of freedom (DOFs) of joint nodes between the neighbouring substructures are classified as master and slave ones. The stress and strain conditions of the whole structure are obtained by solving the elastic static equations for only one substructure by introducing the displacement constraints between master and slave DOFs. The complex constraint method is used to get the bifurcation buckling load and mode for the whole rotationally periodic structure by solving the eigenvalue problem for only one substructure without introducing any additional approximation. Finite element (FE) formulation of shell element of relative degrees of freedom (SERDF) in the buckling analysis is then derived. Different measures of tackling internal degrees of freedom for different kinds of buckling problems and different stages of numerical analysis are presented. Some numerical examples are given to illustrate the high efficiency and validity of this method. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于经验模态分解和模型缩聚的动力响应重构方法研究

大型工程结构自由度数量巨大,采用现有基于全局有限元模型的时域方法重构此类结构动力响应效率低、计算难度大,因此,提出一种结合经验模态分解和模型缩聚的动力响应重构方法.基于模态综合法,将有限元全模型适当划分为多个子结构,通过坐标转换,得到自由度数目更少的超单元模型,结合带有间歇准则的经验模态分解法进行重构.由于该方法无需考...     

基于模态综合法和模态叠加法的密集模态结构响应重构

提出一种基于模态综合法和模态叠加法的密集模态结构响应重构方法,通过两次坐标变换将全结构缩聚为自由度更少的超单元模型,将超单元模型的模态分为密集模态和剩余模态。通过经验模态分解法分离出已知响应中单阶的剩余模态响应,进而重构出待测位置的剩余模态响应,待测位置的密集模态响应可由模态振型和剩余模态计算得到,通过模态叠加法实现在密集模态下的时域响应重构。进行了数值模拟研究,将待测位置响应的理论值与重构值进行比较以验证该方法的精度和效率,此外还详细研究了主模态数量、子结构划分方式、测量噪声和阻尼对重构结果的影响。结果表明：该文方法通过模型缩聚大大减少了重构的数据量,并且改善了传统EMD方法不能分离频率间隔较小的模态而无法实现响应重构这一不足,无论密集模态存在与否都可适用于结构的应力、应变、位移、加速度等多种动力响应的重构。     

高速列车引起的武汉站楼板振动舒适度研究

随着人们生活水平和质量的提高,建筑物舒适度方面的要求引起了人们越来越多的关注。针对武广客运专线武汉站"桥建合一"的特殊结构型式,将结构划分为列车-桥梁子结构和桥梁-上部大跨钢结构子结构,由前者计算桥梁支座处的反力,并以此为反力作为后者的输入荷载,计算上部大跨钢结构的动力响应,然后基于目前常用的国际标准,将武汉站不同标高的楼层分为不同的子区域,分别评价各个子区域的舒适度,以此评价武汉站楼板在高速列车荷载下的舒适度。评价结果表明:武汉站各标高的楼板均满足舒适度的要求。所采取的舒适度评价方法可为国内今后类似结构的舒适度设计提供依据、为舒适度评价提供参考。     

消声器传递损失预测的边界元数值配点混合方法

将边界元法与数值配点法结合形成混合方法用于计算任意截面形状消声器的传递损失。消声器划分为若干子结构,用边界元法计算具有非规则形状的子结构阻抗矩阵,用二维有限元法提取等截面子结构特征值及特征向量,用配点法获得阻抗矩阵;将每个子结构阻抗矩阵连接用于传递损失计算。为减少计算时间提出简化方法计算消声器传递损失。结果表明,混合法在保证计算精度前提下可节省计算时间。     

土-相邻结构相互作用子结构振动台试验研究

以土-相邻结构体系和土-单体结构体系为研究对象,依托振动台并融合子结构试验技术,通过在试验中引入分支模态方法,利用多子结构间的相互作用耦合项把地基子结构的数值计算和上部模型结构的物理试验联系起来协同分析,实现了考虑土-相邻结构相互作用(SASI)效应和土-结构相互作用(SSI)效应的子结构振动台试验。以由两个相同四层钢框架结构与地基土组成的土-相邻结构体系为例,讨论了模型结构的加速度放大系数在各地震动作用下的变化规律;对比分析了土-单体结构体系和土-相邻结构体系中模型结构的顶层位移、加速度和底部剪力,研究了SASI效应对结构动力反应的影响规律。研究表明:与土-单体结构体系相比,SASI效应使结构的地震响应峰值呈现出不同程度的下降趋势,其影响程度和地震波的频谱成分组成以及体系自身的动力特性有关。     

基于UKF模型更新的混合试验方法

在混合试验中,将结构划分为物理子结构和数值子结构两部分。对遭遇强震下大型结构的混合试验,很难保证数值子结构仍处于弹性阶段。为确保数值子结构模型的准确性,提出基于Unscented Kalman filter (UKF) 模型更新混合试验方法。该方法假定数值子结构与物理子结构恢复力模型相同,在混合试验进行中利用物理子结构试验观测数据,采用UKF方法在线识别物理子结构模型参数,实时更新数值子结构模型参数。通过数值模拟,应用UKF方法对单自由度结构非线性模型进行在线参数识别,验证UKF方法性能;通过对弹簧试件实际试验,验证该混合试验方法的有效性。结果表明,基于UKF模型更新混合试验方法较传统混合试验方法精度更高。     

基于重复子结构的缝合式夹芯板动态特性计算

根据复合材料具有可重复单胞的特征,提出一种基于重复子结构的缝合式夹芯板动力学建模方法。利用复合材料精细化单胞有限元模型构造初始子结构和残余结构,通过空间位置关系映射得到重复子结构,将所有子结构组装到残余结构上,实现复合材料重复子结构动力学建模及分析。以缝合式夹芯板为例,对其进行重复子结构建模及动态特性分析,并与精细化实体有限元模型进行对比,验证方法的计算精度和效率。研究了初始子结构外部节点选取、残余结构位置选取、初始子结构尺寸选取对重复子结构建模及分析结果的影响。结果表明:针对具有重复性单胞的缝合式夹芯板结构,利用重复子结构进行动力学建模,残余结构的选取具有不唯一性,且初始子结构外部节点数量越多,重复映射过程越少,计算精度和计算效率越高;当初始子结构外部节点选取比例为50%时,相比较复合材料结构的精细化建模方法,可以提高结构动态分析效率。      

双腔结构消声器声学性能计算子域耦合方法

提出基于子域划分的耦合方法求解双腔结构消声器声学性能。据结构特点或材料属性将消声器分为不同子域,用数值模态匹配法或三维解析方法求解规则等截面子域结构传递矩阵,用三维数值方法求解非规则渐变截面子域结构传递矩阵,用子域连续条件求得消声器整体矩阵,进而获得消声器传递损失。分别用基于子域划分的耦合方法、三维有限元方法及数值模态匹配法计算典型双腔结构消声器的传递损失。结果表明,基于子域划分的耦合方法适用预测双腔结构消声器声学特性,与数值模态匹配法相比计算效率较高。     

基于局部静力测试的约束子结构修正法

针对局部子结构为修正对象的情况,提出只利用整体结构中局部子结构部分的静力位移即可精确修正子结构模型的约束子结构方法。首先利用静力测试获得局部子结构所对应的局部柔度矩阵,通过在子结构边界处施加虚拟固定支座,把子结构从整体结构中隔离出来成为约束子结构,同时构造出该约束子结构相应的柔度矩阵。然后利用柔度扰动新方法优化修正约束子结构,即等同于修正相应的子结构模型,从而可对该子结构的损伤状况作出评估。以一个平面桁架结构为例对所提方法进行了验证。结果表明,所提方法合理可靠,计算简单快捷且精度良好。