基于加速度频响函数小波变换的贝叶斯模型修正EI北大核心CSCD

针对频响函数的似然函数推导复杂以及马尔科夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo,MCMC)算法不易收敛、样本拒绝率高的问题,提出一种基于小波变换和改进MCMC算法的贝叶斯模型修正法。首先,引入模态参与变异系数准则选取激励点位置、模态动能法选取测点位置;然后,构造Kriging模型,计算加速度频响函数并进行小波变换,提取小波总能量作为Kriging模型输出,并通过粒子群算法优化Kriging模型相关系数;最后,为提高采样效率,以延缓拒绝策略为基础,当候选样本被拒绝时,引入天牛须搜索算法产生新的候选样本,以此估计待修正参数的后验概率分布。分别使用车辆三自由度系统和空间桁架模型验证所提方法,结果表明:修正后获得的马尔科夫链整体性能较好,样本接受率提高,各参数的相对误差基本保持在1%以内且具有良好的抗噪性。     

基于MC-XGBoost模型的航空发动机振动特性预测EI北大核心CSCD

为探索航空发动机高压转子组件的装配参数对整机振动响应的影响,通过不平衡响应振动方程描述了装配阶段几何偏差和不平衡偏差与振型的机理关系,提出一种基于最大相关性(maximum correlation,MC)系数与极端梯度提升(XGBoost)的改进模型,MC-XGBoost预测模型。通过MC系数筛选影响振动性能的关键参数,即最相关的几何/不平衡装配参数;代入XGBoost模型进行振动特性预测。利用试验数据对预测模型进行验证,结果表明所提出的MC-XGBoost预测模型相比于RF、GBDT算法模型,具有更高的预测精度,能够为航空发动机面向装配质量的振动特性评估提供一种有效的评价方法。     

基于Park-Ang损伤模型的网壳结构地震作用下双参数准则研究EI北大核心CSCD

基于性能的抗震设计方法要求将结构划分为多个性能状态,并合理定义结构的性能指标。该文基于Park-Ang损伤模型,根据网壳结构的位移与耗能在地震作用下的响应特点,提出由最大变形与塑性耗能两项无量纲参数非线性组合的双参数模型。结合我国抗震规范、网壳结构自身特性与以往学者的研究成果,通过四个性能点LS-1、LS-2、LS-3与LS-4将网壳结构划分为五种性能状态:基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏与倒塌。通过216组考虑不同跨度、矢跨比、屋面质量、杆件尺寸与地震作用的覆盖性算例,拟合得到模型的待定参数取值,进而提出适用于网壳结构的双参数准则,在四个性能点LS-1、LS-2、LS-3与LS-4处相应的指标(D)值分别为0.3、0.6、1.0与∞。以两个大型网壳振动台试验验证准则的有效性和普适性。结果表明,该文提出的双参数准则与各性能点的指标值能够体现网壳结构的性能状态,具有良好的有效性和普适性。该准则可服务于网壳结构基于性能的抗震设计方法与地震风险评估。     

基于分布参数模型的复合自复位结构参数分析

该文提出一种复合自复位结构,该结构在体系层次上由主、次两个子体系组成。主体系承担结构基本的使用功能,可以简化为剪切梁;次体系承担控制结构损伤模式、耗能和自复位的功能,可以简化为底部带有弹性转动约束的弯曲梁;二者组成复合自复位结构的剪弯梁分布参数模型。求解微分方程得到体系振型方程的闭合解。将剪弯刚度比和弯曲梁与底部弹性转动约束刚度比作为参数,分析了二者对体系的特征值、振型、振型参与系数和振型转角的影响,从动力学的角度解释了体系控制损伤模式的机理。利用该分布参数模型,可以合理地选择两种刚度比参数,使体系的层间位移分布均匀。结合振型叠加法计算结构响应,该模型可以为体系的初步设计和方案选择提供一定的参考。     

反应加速度法和反应位移法精度随结构埋深变化的研究EI北大核心CSCD

从理论方程上,看不出反应加速度法和反应位移法的精度会随地下结构埋深而变化,因此为确定其精度,设定不同场地条件下、不同埋深的城市轨道交通箱型地下结构为基准模型。使用反应加速度法、反应位移法、修正的反应位移法和时间历程法计算基准模型的结构内力,评价前三种方法随埋深变化的精度。结果表明:前三种方法的精度会受到场地类型、土层厚度和结构埋深的影响;若以时间历程法为基准,反应位移法的精度要低于反应加速度法和修正的反应位移法;反应加速度法和修正反应位移法的精度受埋深影响较小,反应位移法在埋深较小时精度尚可。     

基于两体碰撞的冲击放大机理研究EI北大核心CSCD

为了研究冲击放大方法,将经典碰撞理论和动态接触理论结合,建立了双质量冲击放大器运动学模型,推导出加速度、加速度放大倍数计算公式。研究了碰撞持续时间比、(放大台与跌落台)质量比、波形发生器刚度比对加速度放大倍数的影响,最后通过试验对两体碰撞理论进行验证。结果表明,加速度放大倍数随着质量比的增加而减小,随着波形发生器刚度比、碰撞持续时间比的增加而增大。     

基于嵌入分数维的树种算法的结构质量刚度识别EI北大核心CSCD

采用改进的树种算法对结构进行质量和刚度的识别。基于加速度响应参数建立起目标函数,再利用融入分数维机制的树种算法(TSA)对于结构损伤进行反演。树种算法是一种新型的元启发式算法,具有结构简单,便于执行的特点。为了进一步改善算法的优化能力,引入一个全新的搜索阶段‘树的搜索’,在该阶段中引入分数维模型来改进算法后期的收敛能力,进入树种阶段,通过两种新的搜索模式来平衡此阶段的局部搜索和全局搜索能力。采用桁架结构作为数值算例进而得到识别结果。最终表明,在仅知道有限的时域参数,该算法能够有效地识别损伤参数,优于其他进化算法并且对测量噪声不敏感。     

基于RSAPS平台的隔震单元模型EI北大核心CSCD

为实现对隔震支座力学特性的精细化模拟,基于前期建立的结构精细化模拟分析平台RSAPS,结合可以考虑水平双向耦合作用的Bouc-Wen模型和考虑竖向刚度变化的双弹簧模型,开发了隔震单元分析模块。该模块采用重叠面积法确定给定侧向位移下的临界荷载;根据支座是否具有各项同性特性,选取相应的加卸载判断条件。应用该模块分别模拟分析了铅芯橡胶支座双向位移控制试验、双向激励振动台试验和缩尺隔震桥梁振动台试验,结果表明,基于RSAPS平台所开发的隔震单元模块,可以有效模拟隔震支座的静、动力特性,且具有较高的计算效率,可进一步应用于隔震桥梁的地震响应分析。     

基于MTF-CNN的轴承故障诊断研究EI北大核心CSCD

轴承故障诊断对保证机械设备的安全十分重要。近年来,数据驱动的故障诊断方法得到了研究者的关注。与传统的依赖于专家经验的故障特征提取方法不同,深度学习方法可以实现端到端自动故障特征提取与分类。针对一维信号作为卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)输入时无法充分利用数据间的相关信息的问题,提出一种基于MTF-CNN的轴承故障诊断方法。利用马尔可夫变迁场(Markov transition field,MTF)对采集到的振动信号进行编码,根据数据之间的转移概率得到不同时间间隔内的数据相关性并生成相应特征图,之后将其输入卷积神经网络完成特征的提取并进行故障分类。采用凯斯西储大学轴承数据对模型进行验证,试验结果表明该模型达到99.8%以上的故障诊断准确率,与其他图像编码方式相比获得了较好的泛化性能。     

基于显式模型预测控制的轮毂驱动电动车垂向振动研究EI北大核心CSCD

针对轮毂驱动电动车非簧载质量增大而引起的行驶平顺性和操纵稳定性恶化问题,提出了基于显式模型预测控制(EMPC)理论的主动悬架控制方法。建立由刚性环轮胎模型和空气悬架模型组成的四自由度系统模型,并确定车辆平顺性、稳定性和电机性能多目标函数及约束条件;基于多参数二次规划理论,将隐式模型预测控制系统转换为与之对应的显式多面体分段仿射(PPWA)系统,离线求解状态变量间的最优控制律,并运用参数分区上的显式控制律求得最优主动力。仿真结果表明:相较于被动悬架和运用天棚控制策略的主动悬架,基于EMPC理论控制的主动悬架对车身垂向加速度、轮胎动载荷和轮毂电机偏心距均方根值提升效果明显,改善了轮毂电机驱动电动车的行驶平顺性、操纵稳定性和电机性能。     

内置非贯通型钢的钢管约束RC柱抗震性能研究EI北大核心CSCD

提出采用内置型钢增强钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete, STRC)柱节点的构造方案,为明确节点中内置非贯通型钢STRC柱的受力性能,设计6个不同型钢内置长度STRC柱及2个无型钢柱对比试件,通过低周反复荷载试验及有限元模拟,分析了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、钢管和型钢应变,探讨了型钢内置长度和轴压比对柱抗震性能的影响。结果表明:STRC柱根区域均发生压弯破坏,内置型钢长度对混凝土损伤程度及裂缝开展范围有显著影响,所有试件在加载后期仍具有稳定的承载力;内置型钢对STRC柱承载力及变形能力有不同程度的增强,当内置长度较短时,抗弯性能不易发挥,增大内置长度可提高型钢受弯程度,明显提升试件抗震性能,当内置长度超过一定值后,型钢受弯较充分,性能则趋于稳定;柱根部钢管主要提供横向约束作用,中部钢管主要参与截面抗弯,可占截面总弯矩30%以上;随轴压比的增加,试件承载力提高但延性降低。结合试验数据进行扩参分析,给出了满足组合柱承载力和变形要求的内置非贯通型钢长度建议值。     

近平板圆柱涡激振动风洞试验研究EI北大核心CSCD

此次研究对水平板附近低质量比(m*=43.6)圆柱的涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)问题开展了风洞试验,其中圆柱与平板的间隙范围为0≤S/D≤2.5。结果表明:当S/D=0时,随着约化速度U*的增加,圆柱始终保持静止;当0相似文献   

适用于我国抗震设计规范的位移设计谱方法EI北大核心CSCD

由于位移参数更能科学、直观地描述建筑结构的抗震水平,基于位移的抗震设计法已成为地震工程领域研究的热点。位移设计谱是基于位移的抗震设计方法中确定地震作用的重要参考依据,但我国现行抗震设计规范(后简称规范)中尚未有关位移设计谱的相关规定。为便于实际应用,该研究基于实际地震动位移反应谱的特征,提出一种能够适用于规范的位移设计谱法;该方法未对规范参数作任何调整,仅增加了控制点周期T_(D)和峰值地面位移(peak ground displacement,PGD)两个参数,且所增参数与规范相关参数具有一一对应的关系。鉴于基于力的抗震设计在工程实践中仍占据主导地位,该研究给出的位移设计谱可与加速度设计谱互相转化。为避免与规范矛盾,当周期小于5T_(g)(场地特征周期)时,加速度设计谱与规范加速度设计谱一致;在长周期段,位移设计谱能反映地震动平均位移反应谱的主要特征,且加速度设计谱与平均加速度反应谱吻合。试验表明,该研究工作能服务于基于位移的抗震设计方法的工程应用,为规范中设计谱相关内容的修订提供指导意见。     

扁平钢箱梁风屏障防风效果的数值模拟研究EI北大核心CSCD

为研究扁平钢箱梁风屏障的防风效果,在验证数值模型准确性的基础上,针对扁平钢箱梁上分离障条直线型风屏障,研究了风屏障对桥面风场分布的影响,采用神经网络模型建立了风屏障风速折系数的代理模型,考查了风屏障高度与透风率的影响,给出了风速折减系数随风屏障高度和透风率变化的等值线曲线。结果表明:当风屏障高度增加到一定程度后,再增加高度对风屏障防风效果的提高有限;风速折减系数随风屏障透风率的增加,在迎风侧车道和背风侧车道位置处呈现不同的形态;在风屏障透风率大于20%,高度小于3.5 m的情况下,上游车道的风速折减系数大于下游。风屏障风速折减系数神经网络模型可用于预测和评估风屏障的防风效果,研究结果为风屏障参数的选择提供参考。     

基于MTF-CNN的滚动轴承故障诊断方法EI北大核心CSCD

针对传统故障诊断方法在滚动轴承实际工况复杂多变、数据集较小时对轴承故障诊断识别准确率较低的问题,提出了MTF-CNN滚动轴承故障诊断模型。首先采用马尔科夫转移场(MTF)编码方式将原始一维振动信号转化为具有时间相关性的二维特征图像,然后将特征图作为卷积神经网络(CNN)的输入进行自动特征提取和故障诊断,最后实现对不同故障类型的分类。为了验证所提方法的有效性和优越性,选用凯斯西储大学滚动轴承数据进行试验验证,并在负载改变时和不同数据集规模下对所提出方法的泛化性能进行测试,同时与传统智能算法进行对比分析。结果表明,相较于其他常用的故障诊断方法,所提出模型在数据集较小、负载改变的环境下对滚动轴承故障诊断具有更好的泛化性能和识别效果。     

参数不确定性估计的随机响应面模型修正方法EI北大核心CSCD

正确估计实际工程结构中参数和响应不确定性的大小,能有效提高分析结果的可靠性。首先基于概率配点法和回归分析建立随机响应面模型,以表述不确定性参数与响应间复杂的隐式函数关系,快速估计响应的统计特征值;然后提出一种两阶段修正策略,分步修正参数的均值和标准差,以简化随机修正过程、提高修正效率;最后基于一组55块钢板的实测频率均值和标准差,估计钢板厚度和材料参数的统计特征值,验证方法的可行性和可靠性。     

压电执行器改进Bouc-Wen模型及其定位补偿控制研究EI北大核心CSCD

针对多数迟滞模型无法描述压电陶瓷执行器(piezoelectric actuator,PEA)的非对称、率相关迟滞非线性,提出一种改进Bouc-Wen(improved Bouc-Wen,IBW)模型并基于提出的IBW模型对其补偿控制进行试验研究。首先,基于传统Bouc-Wen(classical Bouc-Wen,CBW)迟滞模型引入两项非对称项并引入二阶IIR滤波器以精确描述压电陶瓷执行器的迟滞非线性,进一步分析了模型参数值与频率变化规律并修正率相关参数。然后,搭建基于NI CompactRIO测控系统压电陶瓷执行器精密定位试验平台,对提出的IBW模型进行了试验验证并基于IBW模型对其补偿控制进行了试验研究。试验结果表明:IBW模型性能显著优于传统Bouc-Wen模型和增强型Bouc-Wen(enhanced Bouc-Wen,EBW)模型,对于激励频率10~100 Hz多频正弦信号,IBW模型均方根误差相较于CBW模型和EBW模型分别下降了82.07%和62.10%,试验中压电陶瓷执行器实测最大输出位移6.15μm,基于IBW模型所提出复合补偿控制均方根误差为0.039μm,仅为最大输出位移的0.64%,最大跟踪误差仅为0.153μm。若忽略测量噪声,定位误差接近于零,说明所提出的IBW模型及其补偿控制算法有助于实现压电陶瓷执行器的高速、宽频超精密定位及主动振动控制。     

基于贝叶斯理论嵌套抽样的结构物理参数识别研究EI北大核心CSCD

基于贝叶斯估计的结构物理参数识别中,传统马尔可夫蒙特卡洛抽样(MCMC)在解决高维密度函数问题时往往存在抽样效率低、不收敛等问题。采用嵌套抽样方法代替传统的马尔可夫蒙特卡洛抽样,解决了结构物理参数识别中高维后验联合概率密度函数问题。首先从结构加速度时程响应时程出发,建立了后验联合概率密度函数,然后重新定义了结构参数先验分布与似然函数,实现了基于嵌套抽样的结构物理参数识别。采用该方法分别对10层剪切结构数值模型与3层RC框架结构振动台试验模型进行识别,得到了结构刚度及阻尼比等参数,并与试验现象进行了对比。结果表明,该方法可以解决贝叶斯公式高维后验联合概率密度函数问题,且能高效识别结构物理参数,同时也验证了该方法在真实结构物理参数识别与结构损伤识别中的适用性与可靠性。     

基于多域多尺度深度特征自适应融合的焊缝缺陷检测研究EI北大核心CSCD

针对焊缝缺陷检测信号信息丰富度低、深度网络架构人工依赖性强等问题,开展基于多域多尺度深度特征自适应融合的焊缝缺陷检测研究。构建时域数据集并衍生至实数域与复数域中,丰富检测信号的特征表达;设计多域信息融合模型,充分融合特征域信息;提出面向卷积神经网络多维超参数自寻优的模型优化策略,提高模型的效率和性能。试验表明,所提方法对五类焊缝缺陷识别准确率为96.54%,能够在提升识别准确率同时保持较少的参数量和计算消耗,具有较强的实用性和泛化性。     

RC桥墩残余位移模拟的参数敏感性分析EI北大核心CSCD

为讨论RC桥墩震后残余位移模拟的建模方法,采用Open Sees非线性纤维梁柱单元和零长度转动弹簧单元,建立了桥墩抗震分析模型。以1个足尺RC桥墩振动台试验结果为依据,对桥墩进行动力时程分析和静力滞回性能模拟。结果表明,纤维梁柱单元数量、转动弹簧单元极限滑移量S_u、刚度折减系数b、调整纵筋失效循环次数的延性系数C_f和强度降低系数C_d对残余位移模拟的影响不明显。纵筋滞回关系调整参数R_0和转动弹簧单元捏缩系数R对残余位移模拟结果影响较大,初步识别结果为15和1.0。考虑混凝土抗拉的Concrete 02模型模拟残余位移精度高于Concrete 01模型,考虑纵筋的屈曲GA模型模拟的桥墩残余位移明显偏小。