利用Lamb波的薄板结构多点损伤识别试验

目的 提出一种改进的小波-椭圆损伤定位算法,利用该算法进行薄板结构的多点损伤识别.方法 利用Lamb波在薄板结构中的传播特性,将粘贴在铝板表面的压电陶瓷片作为驱动器和传感器,在铝板结构中激发出Lamb波并实时接收响应信号.通过人工模拟铝板中的孔洞类缺陷,对采集到的损伤前后波形进行对比.结果 得到了Lamb波的传播速度、响应信号的小波变换结果以及损伤前后信号的到达时间延迟.还得出了损伤位置的试验值,与实际损伤位置吻合较好.结论 Lamb波主动监测技术可以有效地识别薄板结构的损伤,适合于薄板金属结构的损伤识别和健康监测.     

Lamb波相控阵结构健康监测成像技术

在分析相控阵波束指向的控制过程与介绍相控阵结构健康监测原理的基础上,利用相控阵原理控制Lamb波的时间延迟使其在结构损伤处聚焦.通过比较结构健康状态与损伤状态的传感器响应信号,获取Lamb波损伤散射信号;采用相控阵技术控制损伤散射信号时间延迟得到不同方向的信号,进而实现对结构的多方位扫描,根据扫描信号特点,将各方向的监测结果信号采用灰度图像显示.该方法在铝板结构中实现损伤的定位成像,其不仅能够精确定位损伤位置,而且能够直观清晰显示结构损伤.     

基于Lamb波的复合材料板损伤检测

采用二分法在MATLAB中计算并绘制了复合材料层合板中Lamb波相速度和群速度频散曲线。根据所绘制的Lamb波频散曲线,设计了合理的激励频率、激励脉冲、激励波形。在ANSYS中建立无损和有损模型,对比结构无损和有损状态下的响应信号,计算损伤信号飞行时间和Lamb波群速度,判断损伤位置。     

基于Lamb波的铝板损伤定位检测方法

针对用基准信号和散射信号的差异来识别损伤会因实验环境的变化而造成损伤定位精度差的问题,提出了一种四点圆弧法结合时间反转聚焦原理的损伤定位检测方法,并通过仿真与实验分别进行了验证。首先分析了Lamb波的传播特性并推导了波动特征方程,用MATLAB进行了求解并绘制出频散曲线。然后利用ABAQUS来仿真Lamb波反转聚焦信号并得到时间延时,进而计算损伤位置到传感器的距离,再利用四点圆弧法进行损伤位置的定位。最后,为了验证仿真结果的准确性,对薄铝板中的损伤进行了实验验证。实验和仿真结果表明:该方法能简单有效的识别损伤位置,检测到的损伤位置最大误差率不超过3.7%,具有较高的定位精度,提高了铝板的损伤定位检测精度。     

多分辨率分析和小波能量曲率的框架结构损伤识别

为研究运用多分辨率和小波包分析方法识别结构损伤的有效性,以三层混凝土框架结构为研究对象,分别建立不同损伤工况下的三维有限元数值模型,采用ANSYS程序进行动力时程分析,研究不同识别指标和输入信号的识别灵敏度以及其他因素对损伤识别结果的影响.分析结果表明:小波包能量曲率差法能够较好达到损伤识别的目的,输入信号使用加速度响应信号比速度和位移响应信号具有更好的识别效果;有限元模型网格划分、加速度时程响应信号的提取位置以及采样频率对损伤位置的识别有较大影响;有限元网格划分越密、加速度时程响应信号提取位置离损伤位置越近、采样频率越大,损伤位置识别越精确.     

空间单层网壳结构损伤杆件位置识别试验

为解决空间钢结构震后常发生杆件损伤的位置识别问题,设计一个单层网壳结构试验模型,切断单个杆件模拟实际结构的杆件损伤,对该损伤杆件进行位置识别研究.首先,根据空间钢结构自由度多,模态密集等特点,基于小波包能量分析法处理频率密集信号的优势,应用单层钢网壳结构损伤前后两个监测阶段的加速度响应数据,建立抗噪性能和灵敏性较好的损伤杆件位置识别指标向量.再应用有限元软件ANSYS建立17组不同位置杆件损伤的数值分析模型,分别获得17组有限元模型损伤前后的加速度响应数据,通过小波包分析处理后将其损伤指标向量作为损伤识别样本库,再将具有单个杆件损伤试验结构的加速度响应数据处理后得到的损伤识别指标向量与损伤样本库中各杆件损伤位置的指标向量进行聚类分析,识别出实际结构杆件有可能的损伤位置.该方法能够快速识别出实际结构中损伤杆件可能损伤的区域位置,试验结果也验证了方法的可行性和有效性,为后续工程应用研究提供了理论和试验支持.     

单水滴附载的Lamb波宽频Chirp激励成像研究

为研究水滴附载效应对Lamb波传播特性的影响,基于Lamb波与不连续介质相互作用的远场散射原理,采用稀疏传感器阵列对单水滴附载的远场散射信号进行试验监测,研究宽频Chirp激励方法和窄带响应的滤波提取算法,优化选取对表面水滴敏感的Lamb波模态和成像中心频率、调制周期数,最终实现对不同体积水滴的椭圆算法定位成像.结果表明:水滴附载对Lamb波A0模态的传播特性影响显著,即使微小的单水滴附载亦会对监测信号产生较大影响.椭圆算法可实现单水滴附载的定位成像,成像质量除受水滴体积大小影响外,成像颜色带宽的设置亦与成像质量息息相关.     

基于S变换的波动理论识别结构损伤

基于波动理论的结构损伤识别方法因其物理概念明确、敏感性高、识别直接等优势而越来越受到青睐。S变换作为小波变换和短时傅里叶变换的继承和发展,相对于傅里叶变换免去了窗函数的选择,改善了窗宽的固定缺陷。因此,提出了一种基于S变换的波动理论识别结构损伤的方法。对结构输出信号进行S变换,通过传递函数可以求出波在结构中的传播速度。根据波动理论建立了波在结构中的传播速度与结构刚度的关系,进而构建了基于刚度的波动损伤指标。利用损伤指标判断损伤状况,包括结构是否损伤、损伤位置和损伤程度。最后通过环境激励下弹性分层剪切梁的数值模型对该方法进行有效性验证,结果表明,该方法能够有效识别结构损伤位置,且能够识别出损伤程度。研究结果对结构健康监测在实际工程中的应用有一定支撑作用。     

基于小波分析和支持向量机的结构损伤识别

提出了基于小波分析和支持向量机的结构损伤识别两步法.首先利用小波变换分析信号的奇异性来判别损伤发生的时刻;然后提取损伤信号的小波包分量能量,利用支持向量机算法建立SVM模型估计结构的损伤位置.网架结构的数值算例结果表明该方法可以有效地识别结构损伤.     

基于HHT的多自由度结构渐进损伤特征提取方法

大型复杂工程结构的损伤实际上是一个渐进损伤的过程,为解决结构损伤识别中非平稳随机信号的时变性并有效地识别这个损伤过程,研究了基于Hilbert-Huang变换的结构渐进损伤特征提取方法.首先模拟产生了多自由度结构系统发生渐进损伤的加速度振动信号;然后对加速度振动信号进行经验模式分解,将其分解为多个平稳的固有模式函数之和;再选取若干个包含主要损伤信息的固有模式函数进行Hilbert变换,提取瞬时频率作为特征参数进行损伤特征提取.研究结果表明:HHT是一种有效的信号处理方法,通过提取瞬时频率,可以准确地提取结构渐进损伤的特征.     

基于静力应变及遗传优化神经网络的城市立交桥梁损伤识别

应用遗传算法优化神经网络的权值和阈值,选取静力应变变化率为神经网络输入参数,以结构的易损截面为研究对象,提出了用于城市立交桥梁的损伤识别方法。以长春市前进大街立交桥左辅道桥为数值模型,对该方法的损伤位置及损伤程度识别能力进行了研究。模拟结果表明:该方法能够对结构单位置及多位置损伤进行成功的定位;对测试样本的损伤程度识别误差在3%以内,且其内插能力要优于外推能力。     

A hybrid multiple damages detection method for plate structures

A hybrid method is proposed value to properly identify(SVD)multiple is applied damages reveal for plate structures in this work.and In the to stage detect of the damage damage(ACO)localization,locations.singular In decomposition damage to on singularities in modal shapes,hence colony the stage of to quantification,damage based the detected for location information ant optimization algorithm between is the introduced natural estimate severity by searching damage evaluation database,natural which reveals the relationship frequencies and the damage severity.The modal shapes and the frequencies required in damage localization and quantification carried are obtained the via the wavelet of finite hybrid element method multiple method.for The numerical simulation with and experimental damages.investigation are out to test performance the to free aluminum plates multiple with And the results indicate that the proposed method is effective identify damages of plate structures reasonable precision.     

基于一阶振型的海洋平台二阶段损伤定位方法

海洋平台等大型复杂结构其高阶模态难以激起和测试,甚至只能识别出一阶模态振型和前几个低阶模态频率,因此,利用少量低价模态进行损伤诊断显得尤为重要。本文提出了仅利用一阶模态振型对海洋平台进行损伤位置诊断的二阶段法：先利用模态曲率变化率确定损伤的大体位置,再利用一阶模态应变能分别确定主导管和撑杆是否损伤及其位置。最后通过一个三腿导管架海洋平台有限元数值模型验证了该方法的可行性和有效性。研究发现,本文提出的方法具有较好的识别精度,具有一定的适用性。     

改进粒子群算法的两阶段梁式结构损伤识别

针对实际工程监测时损伤识别误差大的问题,提出一种基于改进粒子群算法的两阶段识别方案。第1阶段利用D-S证据理论融合算法进行损伤定位;第2阶段利用改进的粒子群算法,对定位结果进行修正,同时准确定量损伤。仿真算例和实验分析结果表明：由于第1阶段损伤定位减少了可能损伤单元的数量,第2阶段基于改进粒子群算法的搜索范围减小,能更准确地识别多损伤和小损伤的位置和程度,且抗噪性能良好。     

基于时间序列的结构损伤在线诊断

结构损伤诊断是当前工程界十分活跃的研究领域,在线损伤诊断是其中一个重要方面.针对结构在线损伤诊断问题,提出一种基于时间序列分析的结构损伤识别方法.首先对结构振动响应的仿真数据建立了自回归滑动平均(ARMA)模型,导出模型的特征方程根与结构固有特性间的关系.然后,定义了AR模型前三阶系数的一种代数组合作为损伤敏感因子,并结合ASCE损伤检测标准模型进行了相应的损伤辨识试验,证明了该方法的可行性和有效性,为结构的在线损伤识别提供了较为有效的工具.