环境激励下检测结构损伤的柔度灵敏度方法

提出了一种利用环境激励下的模态数据检测结构损伤的柔度灵敏度方法,该方法是柔度灵敏度方法的一种推广.对于环境激励下所得的不归一化的振型,引入振型归一化系数,并把这些系数作为新的未知量,通过对柔度灵敏度方程作适当的变形,并利用矩阵的拉直运算和广义逆,把各单元的损伤参数和各振型归一化系数一并予以求解.所提方法不仅能够识别出结构的损伤状况,还能获得各振型归一化系数,且理论简单,易于计算机编程实现.以某个2层的框架结构为例对所提方法进行了验证,结果表明,采用环境激励下的模态数据,能够较好地识别出结构损伤,且能得到比较精确的振型归一化系数.     

基于互相关函数幅值向量的结构损伤检测实验研究

进行了基于互相关函数幅值向量(cross correlation function amp litude vector,CorV)的受随机激励结构损伤检测的实验研究。以一个复合材料单跨梁为实验对象,通过在梁的局部位置上安装夹板,改变夹板对结构附加刚度,来模拟结构的损伤。对结构施加随机激励,分别用加速度传感器和应变传感器采集结构的响应信号,计算结构在损伤前后的CorV,使用互相关函数幅值向量置信度准则(cross correlation function amp litude vector assurance criterion,CVAC)来度量结构受损前后CorV的变化。结果表明,结构损伤前后的CorV之间的CVAC较完好结构之间的CVAC有明显下降;分析结构损伤前后CorV中分量的相对变化,可确定损伤产生的区域。使用互相关函数幅值向量,只需要测量结构在随机激励作用下的时域响应信号,就可检测出结构损伤的存在及损伤的位置。因此本文所采用的方法可应用于环境激励下的结构健康监测。     

激励电压对压电阻抗法检测灵敏度的影响

研究了锆钛酸铅压电陶瓷(lead zirconate titanate piezoelectric ceramic,简称PZT)传感器的激励电压与压电阻抗法(electro-mechanical impedance,简称EMI)结构健康监测技术灵敏度之间的关系.借助WK 6500B精密阻抗分析仪及自行搭建的高激励电压电阻抗测试系统(high excitation voltage electrical impedance measurement system,简称HEVEIMS),在0.01～20 V之间8种不同激励电压下,对尺寸为1250 mm×100 mm×3 mm铝梁结构上距离PZT传感器1 000 mm的直径为1.2,2.5和3.5 mm的通孔损伤进行了检测.研究结果表明,激励电压与检测灵敏度之间的关系是非单调的.在1～10 V范围内,提高激励电压能够显著增大EMI方法的检测灵敏度.高激励电压下PZT电阻抗信号中非线性成分增多是导致EMI方法检测灵敏度升高的主要原因.研究结果不但为EMI检测中激励电压的选取提供了参考,也为明确激励电压与检测灵敏度之间的相关关系提供了数据支持.     

基于阻抗技术的压电元件自损伤检测-

为了保证结构健康监测系统的有效运行,基于压电阻抗技术原理,提出了一种压电传感、驱动元件自损伤检测方法.通过研究压电元件等效电容值(压电元件导纳虚部数值)的变化,判别压电元件是否破损及其与主体结构之间是否剥离,并在悬臂梁结构上进行压电元件自损伤检测试验.结果表明,相比压电元件完好的情况,各频率下压电元件电纳值随脱粘部分面积的增加而上升,随破裂部分面积的增加而下降,并且损伤程度和等效电容变化量成比例关系,与理论分析结果吻合较好.     

复合材料结构损伤识别与健康监测展望

复合材料构件是航空发动机、飞机机翼、机身和风力发电机等结构的重要组成部分,在包括航空、机械和土木工程等领域有极其重要的应用,然而受到其内部结构复杂性和制造缺陷的影响,复合材料的服役性能一直是制约结构安全性和经济性的一大瓶颈,因此针对复合材料结构的损伤识别和健康监测是领域内的研究热点及难点。笔者在论述了目前国内外技术发展和应用的基础上,系统地比较了复合材料结构损伤识别和健康监测的关键技术,讨论了该类技术的发展方向并进行了总结和展望。     

频响函数在结构损伤检测中应用的试验研究

结构动力测试中,频响函数可直接测得,不仅避免了在模态提取时的误差,而且在相同频段上可提供更多结构损伤信息,因此可方便地应用于结构损伤的检测中。对于结构基础的随机激励,试验结果表明频响函数法可有效地检测结构的损伤。同时说明传感器布置在结构的不同位置都可检测结构的损伤。并且随机振动的大小不影响结构损伤检测的效果。为频响函数法在现场实测结构的损伤提供了依据。     

结构损伤监测的研究现状与展望

为了从设计思想上保证结构具有良好的可监测性,使重要结构的安全运行确实得到保障,将损伤容限耐久性设计思想、现代智能测控技术、分布式数字信号处理技术和先进的在线故障诊断技术相结合,在总结相关学科领域研究进展的基础上,进行了多学科交叉和多方法、多技术的融合研究,提出了未来机械设备结构损伤监测的发展方向。     

随机地震激励下塔机结构动态响应分析

基于随机振动理论,对塔机进行随机地震激励下的动态响应分析。选用杜修力-陈厚群模型描述地震动输入,采用一致平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了塔机在五种不同组合方向输入地震激励时塔机内力、位移的随机地震响应。计算结果表明:Y向(竖向)地震波激励相比X向地震时塔机内力增幅明显,Z向地震波激励对塔身弯矩影响最大;Y向地震波是造成塔臂断裂的主要原因,Z向地震波过大易导致塔机倾覆。     

基于分形维数的复合材料结构损伤成像

提出了一种基于分形维数的损伤成像算法,对复合材料结构的健康状况进行在线的连续监测.利用盒计算维数法来计算传感器阵列所采集信号的分形维数,对比复合材料结构损伤前与损伤后信号分形维数的差异,提取损伤指标;然后基于一种改进的损伤存在概率成像算法,以直观的形式对复合材料结构中的损伤进行成像.对复合材料平板结构以及复合材料加筋板结构中的损伤监测进行了实验研究,研究结果不仅显示了所提出的算法能克服复合材料各向异性以及复杂结构中Lamb波的多次反射给损伤监测带来的困难,较为准确地识别2种结构中损伤的位置和大小,还验证了所提出算法在识别复合材料结构中的多个损伤时的可行性和有效性.     

基于反褶积与编码激励的长输管道损伤检测

制约应力波导波技术应用于长输管道损伤检测的两个主要原因是信号处理技术和导波激励技术,针对应力波频散效应和外界噪声干扰使得管道损伤检测定位精度低的问题,采用了基于子波估计的反褶积技术处理管道导波测量数据。数值模拟和试验结果均表明,该方法可以有效地抑制导波频散,提高了管道损伤检测的定位精度。针对单一激励能量有限、检测信号的信噪比低等问题,采用了编码激励技术,设计了两种不同的编码激励信号,并将其应用到管道纵向导波传播模型中。数值模拟结果表明,编码激励技术能够有效地提高管道损伤检测的抗干扰能力和分辨率。     

板壳结构的多位置损伤诊断方法研究

提出一种适用于板壳结构的多位置损伤诊断方法.取结构的一阶振型变化率作为损伤诊断标识量,计算分析显示该标识量不仅对结构的损伤位置以及损伤程度敏感,而且在多位置损伤状态下结构的损伤位置和损伤程度是各单位置损伤状态下结构的损伤位置以及损伤程度的叠加.以此为基础,提出基于一阶振型变化率的板壳结构的损伤诊断方法.算例表明该方法不仅可以准确地完成板壳结构的多位置损伤诊断,并且可以大大简化整个损伤诊断的过程.     

温度场中输电线在谐扰力作用下的3次超谐共振

研究输电线在温度场中谐扰力作用下的3次超谐共振问题,应用动力学方法建立温度场中受谐扰力作用输电线的非线性振动.根据非线性振动的多尺度解法,得到系统满足3次超谐共振情况的近似解,并对其进行数值计算.分析温差变化、外部激励、谐调值、阻尼等对系统的影响.得到系统失稳的临界温度,指出幅频响应曲线存在跳跃现象.     

基于激励点优化和信号能量的结构损伤识别

为了有效激发结构的局部振动模态,分析响应信息并进行损伤识别,构建了一种基于激励点优化和不同损伤状态下信号能量的结构损伤识别方法.首先建立结构动力学模型,计算模态振型;再以MAC矩阵非对角元素最小值作为适应度函数,采用改进粒子群算法(MPSO)优化激励点数量和位置,以MAC非对角元平均值和均方根(RMS)准则评价不同激励...     

有界窄带激励下微梁系统1:2参数共振

研究电路与微梁耦合系统在有界窄带激励下的参数共振问题。建立有界窄带激励下微梁系统的随机微分方程。应用多尺度法得到系统参数共振的频率响应方程,导出系统的Ito随机微分方程,采用矩法得到系统一阶矩和二阶矩的近似表达式,数值分析系统各个参数对微梁响应的影响。结果表明,参数共振稳态解稳定的充分必要条件与系统一阶矩和二阶矩稳定的充分必要条件是一样的;当微梁上极板的宽度、厚度和长度增加时,极板振幅的二阶矩减小;当上极板的阻尼系数、轴向力以及上下极板间的距离增加时,极板振幅的二阶矩增大。     

受简谐激励载流导线的主共振—主参数共振

研究受简谐激励的二长直电流间载流导线的主共振-主参数共振问题,应用动力学方法建立载流导线受外部激励和安培力的Mathieau方程.根据非线性振动的多尺度解法,得到系统满足主共振-主参数共振情况的近似解以及对应的定常解,并对其进行数值计算.分析电流、张力、激励幅值、阻尼等参数对系统的影响,得到随参数变化响应曲线的变化规律.     

ON THE NATURE OF MACHINING CRACKS IN GROUND CERAMICS: PART II, COMPARISON TO OTHER SILICON NITRIDES AND DAMAGE MAPS

The size and severity of grinding machining cracks in a sintered reaction bonded silicon nitride are compared to data for other silicon nitrides. Crack sizes follow a similar trend with grinding wheel grit size despite differences in microstructures, strengths, and fracture toughnesses. Silicon nitrides with enhanced fracture toughness actually develop deeper machining cracks than in less tough silicon nitrides. Machining damage maps for silicon nitride are presented.     

水下爆炸载荷作用下单层板壳结构失效概率分析

水下爆炸载荷作用下, 舰船防护板壳结构的可靠性研究具有重要的理论意义和工程价值.取炸药密度、钢材的弹性模量、极限强度作为基本随机变量,利用蒙特卡洛模拟得到100组随机变量的样本值;采用有限元程序LS-DYNA对水下爆炸载荷作用下的钢板进行仿真计算,对计算结果进行分析,得到板的最大应力值;并检验最大应力是否服从正态分布,应用可靠性基本理论求得钢板的失效概率,对工程实际具有一定的指导作用.     

热冲击空心柱内温度场的非傅里叶效应研究

超急速传热条件下出现的非傅里叶传热效应因其具有重要的学术意义和巨大的应用潜力,正成为传热领域的研究热点之一.在评述前人研究成果的基础上,针对空心柱体内、外表面温度突变这类超急速传热问题,建立带有热松弛时间项的双曲线型导热方程模型,给出方程定解的边界条件和初始条件.采用对坐标的汉克尔积分变换法求解方程,并进行数值模拟;结果表明,热波在空心柱体内部以一定速度传播,热波所到之处引起局部温度突然升高或降低,任意时刻柱体内温度分布均是不连续的,柱体内温度分布局部区域可能高于边界温度,可能低于边界温度,内部温度变化表现出滞后于边界变化.     

基于柔度派生灵敏度的梁结构损伤识别研究

柔度方法在结构损伤识别中有着广泛的应用,研究三种基于柔度派生灵敏度的结构损伤识别方法,它们分别是:对角线灵敏度、主特征向量灵敏度和单位荷载最不利布置灵敏度。详细推导了三种派生灵敏度的计算公式,并以一个三跨连续梁为例对所提方法进行了比较验证。计算结果表明:当采用前4阶模态数据时,柔度灵敏度方法和主特征向量灵敏度方法都可以较好的识别出结构损伤。当仅采用第一阶模态时,柔度灵敏度方法基本不可用,单位荷载最不利布置灵敏度方法对于识别支座附近单元损伤特别有效,而主特征向量灵敏度方法综合表现最佳。工程实践中应根据具体的工况来选择合适的灵敏度以获得最好的识别结果。     

离散小波变换和互相关函数幅值向量在复合材料层合结构损伤检测中的应用

提出一种随机激励下的结构损伤检测方法。首先选取双正交小波函数对结构在随机激励下的时域响应进行一维离散小波变换(discrete wavelet transform,DWT),然后利用重构的包含最低频率信息的近似信号计算互相关函数幅值向量(cross correlation function amplitude vector,CorV)。利用结构损伤前后CorV差的二次差分作为损伤检测的指标。与直接利用振动响应原始信号计算CorV来检测损伤的方法相比,该方法能更准确地进行复合材料层合结构分层损伤定位。通过对带有不同位置分层损伤的复合材料层合板损伤检测的数值仿真,验证用文中方法检测复合材料层合结构分层损伤的有效性。