基于小波有限元的悬臂梁裂纹遗传优化辨识

利用小波有限元法求解了裂纹悬臂梁的前三阶固有频率,并将其拟合成以裂纹位置和深度作为变量的频响函数曲面。将裂纹识别中的匹配追踪问题转化为多维优化问题,以实测固有频率作为输入,利用遗传算法寻优求解出与输入值相差最小的样本点,进而预测出裂纹的位置和深度。试验研究表明,所提出的裂纹识别方法具有较好的精度和鲁棒性,且易于推广到诸如转子、叶片等复杂结构的裂纹监测诊断场合。     

基于固有频率改变率的复合材料层合结构损伤定位研究

本研究是在复合材料固化之前,将一定尺寸的聚酰亚胺薄膜插入复合材料结构中来模拟复合材料的脱层损伤.用自由振动的方法测定了含有损伤和无损伤复合材料悬臂梁的前三阶固有频率;结合有限元分析方法,对复合材料脱层损伤位置进行了识别.损伤位置的识别结果与实际结果基本一致.此方法对于解决复合材料结构损伤问题简单有效.     

一个基于优化的有限元模型修正方法

本文提供了一个基于一阶搜索优化的有限元模型修正方法。它只需利用结构模态试验的部分固有频率，就能获得较精确的有限元模型。文中附有某无人机上垂尾有限元模型修正的实例。根据上垂尾前二阶试验的固有频率，采用本文方法，对有限元模型进行了修正。修正后有限元模型的前二阶固有频率与试验值的相对误差在2．35％以内，而第三阶固有频率与试验值的相对误差仅为5．81％。它不仅大大地缩小了用修正前有限元模型算得的固有频率与试验值的相对误差，而且还能较精确地预测无试验结果的高阶固有频率值。     

基于小波有限元的悬臂梁裂纹识别

研究了悬臂梁裂纹识别中的正反问题．即通过裂纹位置和尺寸求解梁的固有频率以及利用梁的固有频率．识别裂纹位置和尺寸。以矩形截面裂纹悬臂梁为例，利用小波有限元方法建立了梁自由振动的有限元模型．其中裂纹被看作为一刚度已知的扭转线弹簧，求解出了系统的固有频率；通过行列式变换，将反问题求解简化为只含线弹簧刚度一个未知数的一元二次方程求根问题，分别做出了以不同固有频率作为输入值时裂纹位置与弹簧刚度之间的解曲线，曲线交点预测出裂纹的位置与尺寸。数值算例证实了算法的有效性，为工程结构裂纹故障预示与诊断提供了新的方法。     

单壁碳纳米管振动特性有限元分析

利用有限元方法对悬臂梁式单壁碳纳米管固有频率和手性角、长度、直径等几何参数之间的关系进行研究.C-C共价键作用通过等效梁单元来模拟,碳原子等效为质点,建立碳纳米管分子结构力学有限元模型,并引入了质量比例因子β来消除数值误差.数值结果表明,手性角对单壁碳纳米管的固有频率影响很小;固有频率随长度的增加而减小,但达到一定长度之后基频随长度的变化不再明显;前4阶固有频率随直径增大而增大,第5阶固有频率不随直径变化,而高阶固有频率随直径的变化不规律;在低阶模态时长度对固有频率的影响比直径的影响更加显著.     

基于二维频域光学振动相干层析的悬臂梁模态频率质量称量方法

该研究提出了基于二维频域光学振动层析(2D-FOCVT)获得悬臂梁模态频率从而实现对质量的高精度检测。在带集中质量悬臂梁固有频率计算理论和方法的基础上,对不同质量(系数)下悬臂梁前三阶频率(系数)与集中质量(系数)关系做了分析,比较了前三阶频率对集中质量变化的敏感性。利用自研发的2D-FOCVT系统实验测试了悬臂梁结构在附加集中质量下的一阶频率,对悬臂梁集中质量—一阶频率关系做了拟合,由此提出了应用一阶频率对质量变化的敏感性实现质量的检测方法。实验结果表明,自搭建的2D-FOCVT能提供纳米量级的振动位移精度,同时创新性地将2D-FOCVT结合模态分析进行附加质量块的质量称量,拓展了2D-FOCVT的应用。     

混凝土板的裂缝诊断

利用4块预应力混凝土空心板的动力测试数据，对板的支承条件和损伤参数进行了识别，根据板的损伤特征，以线弹性断裂力学为基础，推导了混凝土构件裂缝截面转动刚度表达式，然后利用特征值灵敏度分析和实测的固有频率变化率对裂缝的位置及裂缝程度进行了识别。     

悬臂梁结构裂纹参数识别的实验研究

实验研究了悬臂梁结构裂纹位置和深度参数的辨识,裂纹试件采用线切割加工而成,在靠近悬臂梁的自由端利用脉冲力锤激振,通过PXI测试系统获取测试信号;采用细化快速傅立叶变换提高瞬态响应信号分析的频率分辨率,从而获得比较准确的系统固有频率.测试分析获得系统前三阶固有频率,利用基于小波有限元的裂纹故障诊断算法,绘制裂纹等效刚度与位置曲线,三条曲线的交点预测出裂纹的位置和深度.实验结果验证了通过振动测试诊断裂纹参数的有效性和实用性.     

设备旋转部件多自由度系统固有频率的计算

对某一类常见的悬臂梁结构的固有频率进行了计算,通过分析和简化,建立了多自由度结构模型.根据结构模型的特点,转化为几个两自由度的问题进行求解.应用柔度法建立了振动方程,并推导出了固有频率的计算公式,给出了一个计算实例,利用mathematica计算出了结果,为设备的结构设计提供了设计数据.     

流体对薄壁圆柱管振动频率的影响

以两端固支薄壁圆柱管为机构,并简化为Timoshenko梁模型,使用梁的弯曲振动理论及有限元模型分析薄壁圆柱管不含液体的固有频率和振型,其中考虑了集中质量的作用。给出了含有流体的圆柱管道的横向振动微分方程和固有频率方程。设计并制造全部实验装置,测量薄壁圆柱管不含液体、含静止液体和含流动液体的前三阶固有频率和振型。含静止液体时薄壁圆柱管的幅频特性曲线呈非线性、软特性。通过理论值与实验值进行比较,理论值与实验值接近,流体使薄壁圆柱管的固有频率下降。     

基于神经网络的短粗转轴裂纹诊断研究

构造Rayleigh-Timoshenko区间B样条小波梁单元,建立短粗转子系统小波有限元模型。求解与不同裂纹相对位置和相对深度相对应的裂纹转子前三阶固有频率。将裂纹相对位置、相对深度、前三阶固有频率作为神经网络的训练样本,训练出用于裂纹定量诊断的神经网络。以实测固有频率作为训练好的神经网络的输入,定量诊断测出裂纹的相对位置和深度。试验研究表明,所提出的裂纹诊断方法具有较好的精度和鲁棒性,且易于在工程实践中进行短粗裂纹转子定量诊断。     

Experimental Verification of a Method of Detection of Crack in Taper and Segmented Beams Based on Modelling of Transverse Vibration

In this note a method for prediction of location and size of a crack based on measurements of natural frequencies has been verified experimentally considering taper and segmented cantilever beam geometries. The analysis is based on the concept of a rotational spring to represent the crack section and the Frobenius method to solve differential equation with variable coefficients. The crack size is computed using a relation between stiffness and crack size. The maximum error in predicting the crack locations is 8%. The maximum error in predicting the crack size is 20%.     

含裂纹损伤杆系结构的动态特性研究

运用动刚度有限元法,研究了含裂纹损伤杆系结构的动态特性。提出了一种含裂纹的杆单元,基于断裂力学的线弹簧模型,导出了相应的动刚度矩阵。在此基础上,对含裂纹的悬臂梁和平面框架进行了数值计算,并与已有的实验值和解析解进行了比较。结果表明:损伤位置和损伤程度的不同均会导致结构动态特性发生改变,因而在结构分析中应考虑损伤的影响;而该单元能够方便地用于含裂纹损伤杆系结构的动态特性分析,并具有很好的精度。     

简支梁裂纹位置识别的一种简单方法

由等效线弹簧来模拟裂纹引起的软化效应,基于铁摩辛柯梁理论得到含裂纹简支梁横向振动的频率计算式,由此获得识别裂纹位置的一种近似方法。文中利用梁的二维有限元模态分析数据进行裂纹位置的识别,结果表明该法在较宽的高跨比范围内,有好的效果;裂纹的深度对识别精度影响不大。     

A review on the vibration analysis for a damage occurrence of a cantilever beam

Identification of defects in structures and its components is a crucial aspect in decision making about their repair and total replacement. Failure to detect the faults has various consequences, and sometimes may lead to a catastrophic failure. The conducted research work reported analytical and experimental investigations on the effects of a crack on the cantilever steel beam with circular cross section. The objective of this review is to quantify and to determine the extent of the damage magnitude and the location of the cantilever beams. In analytical study, finite element method (FEA) software was used in developing the model. The results showed that, by monitoring the change of the natural frequency it is a feasible and viable tool to indicate the damage occurrence and magnitude. Unlike for small crack depth, the natural frequencies are not a good damage detector. Mode shapes indicated good sensitivity to detect the damage magnitude for all crack parameters. Frequency Reduction Index (FRI) and Modal Assurance Criteria (MAC) were found to be in order a feasible tool to find the magnitude of the damage in beam structures. While, Coordinate Modal Assurance Criteria (COMAC) and Curvature Change Index (CCI) were used to predict the location of the crack tested beams and proved to be feasible.     

On determination of the natural frequency of transverse and longitudinal vibrations of a cracked beam. Part 1. analytical approach

We consider a perfectly elastic cantilever beam with a crack. The influence of the crack depth and location on the vibration mode of the beam is simulated by a local change in the cross section. This problem is solved by the Rayleigh method. Fairly simple formulas for the determination of the natural frequency of the first mode of bending and longitudinal vibrations of a cantilever beam with an open and closing crack are derived. Institute for Problems of Strength, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine. Translated from Problemy Prochnosti, No. 2, pp. 35–44, March–April, 1999.     

基于模态参数的海洋平台损伤检测

将基于不同模态特性参錾的损伤检测方法应用于海洋平台，研究适用于海洋平台裂纹损伤的模态参数检测方法。通过对海洋平台进行结构模态分析，针对在平台不同位置有损伤和在同一位置有不同程度损伤的情况，利用有限元法计算了平台结构的前十阶固有频率与振型，研究不同的结掏模态特性参数对损伤、损伤位置和损伤程度的敏感性，并分析了利用顶部构件的局部振型对平台底部的裂纹损伤进行损伤俭测的可行性，为平台的现场检测提供有价值的参考。     

Crack identification in rotating shafts by coupled response measurements

In this paper a new method is applied in rotating cracked shafts to identify the depth and the location of a transverse surface crack. A local compliance matrix of different degrees of freedom is used to model the transverse crack in a shaft of circular cross section, based on available expressions of the stress intensity factors and the associated expressions for the strain energy release rates. It is known that when a crack exists in a structure, such as a beam, then the excitation in one-direction causes coupled vibrations in other directions. This property is used here to identify the crack. The shaft is modeled as a rotating Timoshenko beam including the gyroscopic effect and the axial vibration due to coupling. The method used here is based on the measurements of the axial vibration response due to different excitation frequencies and shaft revolutions. The figures presented are used to identify the crack.