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.     

基于不完全测量的结构损伤识别研究

自适应序贯非线性最小二乘法是一种新型的损伤识别方法.为了减少结构中传感器的数量,将有限元模型缩聚理论与自适应序贯非线性最小二乘法相结合,用于结构的损伤识别——基于缩聚模型的自适应序贯非线性最小二乘法.为了验证该方法的有效性,对一悬臂梁结构进行了试验研究,研究中考虑了白噪声、正弦、和EL-Centro地震波三种激励下的六种工况.研究结果表明,基于缩聚模型的自适应序贯非线性最小二乘法是一种有效的结构损伤识别方法,根据该方法,只需要使用少量的传感器即可准确地识别出结构中损伤的发生时刻、损伤的程度和位置.     

基于数字孪生和深度学习的结构损伤识别

土木工程实际结构损伤状态的时间跨度通常只占总生命周期的一小部分。为解决传统基于数据驱动的结构损伤识别方法缺乏足够多的损伤训练数据的问题,提出结合数字孪生和深度学习的结构损伤识别方法,并应用于实际工程。该方法利用数值仿真模型和在线监测数据构建结构的数字孪生,以获得不同损伤工况下结构动力响应的“大数据”;为了摆脱对外激励信息的依赖,应用经验模态分解法和传递率函数对得到的数据进行预处理;将预处理后的固有模态传递率函数数据作为深度学习的输入进行训练,实现结构的损伤识别。为验证方法的有效性,对实际结构未经训练的监测数据进行分析,结果表明,该方法泛化能力良好,能够有效识别结构损伤状况。通过数字孪生技术解决了传统方法数据匮乏的问题,不需要任何地震信息,利用固有模态传递率函数数据训练的深度神经网络仍能保持较高的损伤识别准确率,二者结合可以使工程结构健康监测更为主动、可靠、高效。     

采用有效信号段自提取算法识别结构多损伤位置

为识别结构中的多处损伤,提出了一种采用有效Lamb波信号段自提取算法计算结构损伤指标的多损伤识别成像方法.该方法将结构的待检测区域划分为数个子区域,并根据Lamb波的传播时间和波速从传感器接收到的信号中自动提取出包含结构信息的有效信号.以该有效信号作为输入,计算每个子区域中基于信号相关系数所获得的损伤指标,最后采用RAPID算法对全部识别区域内的损伤位置进行识别和成像.以航空铝板为研究对象进行了实验验证研究,结果表明,该方法能快速有效地识别出多个损伤,并较为准确地实现损伤成像以描述损伤的位置.     

桥梁结构损伤识别理论的研究进展

从三个方面：（1）基于模型修正理论的结构损伤识别;（2）损伤指数法;（3）人工神经网络法等,对近年来国内外基于振动分析和结构动力学参数的结构损伤识别理论进行了比较系统地总结和评述,介绍了结构损伤识别领域研究的现状,给出了基于动力学参数和振动分析的结构损伤识别的模式,并分析了存在的困难以及需要进一步研究的问题．     

Fatigue damage reliability analysis for Nanjing Yangtze river bridge using structural health monitoring data

To evaluate the fatigue damage reliability of critical members of the Nanjing Yangtze river bridge, according to the stress-number curve and Miner＇s rule, the corresponding expressions for calculating the structural fatigue damage reliability were derived. Fatigue damage reliability analysis of some critical members of the Nanjing Yangtze river bridge was carried out by using the strain-time histories measured by the structural health monitoring system of the bridge. The corresponding stress spectra were obtained by the real-time rain-flow counting method. Results of fatigue damage were calculated respectively by the reliability method at different reliability and compared with Miner＇s rule. The results show that the fatigue damage of critical members of the Nanjing Yangtze river bridge is very small due to its low live-load stress level.     

Estimation on structural responses using multi scale measurements

Different measurands from the different types of sensors can obtain different information regarding the structural behavior in a real structural health monitoring system.To enrich information and estimate the structural responses based on much more known information,the estimation on structural responses using multi scale measurements from multi-type sensors is proposed in this paper.Pattern identification is constructed with the pattern library given by strain measurements and deformation measurements.Considering the uncertainty of the measurements as well as to enhance the robustness of the proposed algorithm,more than one best pattern is selected to synthesize the finally estimated stress responses.To validate the capacity of the proposed acquisition method using multi scale measurements,finite element model analysis is conducted to estimate the structural stress response in Shenzhen Bay Stadium as an example.The performance of the pattern identifications,constructed by two kinds of pattern libraries captured by sole strain measurement,and multi scale measurements which are constructed by both kinds of strain measurements and deformation measurements,respectively,are compared in this paper to observe measurements constructed from strain measurements and deformation measurements outperformed others.Errors analysis for a series of parametric studies in which noise at different levels has also included in the measurements are further carried out,and robustness of the proposed information acquisition scheme under noisy measurement is demonstrated.     

钢桁架桥健康诊断基准研究

近些年来,结构健康诊断和损伤识别已经成为土木工程领域重要的研究课题,如何确定结构中损伤的位置是关键所在.现有的损伤探测方法是利用从结构上收集到的振动信号识别相应的结构状态参数,然后用这些参数与完好结构的相应参数进行比较,也就是说他们选择的健康基准是完好结构的相应参数.但是完好结构的资料我们通常很难得到,而本文定义并建立的结构健康基准不需要结构的原始信息就能对结构进行损伤定位,并以钢桁架模型为试验对象进行了验证.     

多尺度结构动力方程及其在损伤识别中的应用

以一个三层框架结构为研究对象，分析了结构发生损伤时其动力参数的变化特征.应用小波变换，推导了多尺度结构动力方程来分析结构动力系统中的损伤识别.面向结构损伤识别，描述了多尺度动力方程能获得更丰富的结构参数变化信息.根据时变动力系统的结构损伤识别数值计算的特点，应用状态空间法来对结构损伤动力过程进行数值模拟.通过不同激励荷载下的损伤数值模拟和损伤时域识别，研究了多尺度损伤识别的两个关键性问题：不同位置的传感器对损伤预警的敏感性；系统输入荷载频率成分对损伤信息分布的影响.所进行的研究对于在基于小波分析的结构健康监测中合理选择传感器位置、采样频率及确定信号分解的尺度数具有理论指导意义.     

基于正则化遗传算法的结构损伤识别

针对结构参数反演问题中存在的强不适定性,提出了一种基于响应面的正则化遗传算法。在识别结构损伤时,将结构单元刚度折减作为损伤指示量,以结构模型的模态参数与真实结构的模态参数尽可能接近为优化目标,采用遗传算法进行反演计算。优化求解过程中,响应面方法的引入极大地降低了结构模态参数的计算量;而目标函数中正则化项的引入则起到了抑制测量信号噪声干扰、提高识别算法鲁棒性的作用。梁式结构的损伤识别数值算例表明本文提出的损伤识别方法简明、有效。更多还原     

桥梁健康监测中损伤特征提取的小波包方法

针对桥梁健康监测中结构损伤识别的特点,从模式识别的角度提出和分析了损伤特征提取问题.阐述了基于小波包分析的两种节点能量特征提取的方法.为了研究小波包系数节点能量和小波包信号成分节点能量对损伤信息进行特征提取的差异,通过对随机荷载激励下的连续梁进行数值模拟,得到了结构未损和损伤状态下的加速度时程信号.应用小波包变换,对不同结构状态下的加速度信号分别提取了两种小波包节点能量特征,并对它们作为结构损伤特征指标的敏感性进行了比较.认为两种特征指标的敏感性相差很小,而小波包系数节点能量特征指标的计算效率更高,更适合桥梁健康监测中损伤特征提取的要求.     

Hilbert-Huang变换在结构健康诊断中的应用研究

通过一个足尺的2层木结构房屋振动台试验,对Hilbert-Huang变换(HHT)在结构损伤诊断中的应用进行了研究与分析。在简要介绍了Hilbert-Huang变换的基本原理与方法后,根据在振动台试验中获取的结构反应数据,利用Hilbert-Huang变换对结构的动力特性及损伤状况进行了诊断。分析结果表明,Hilbert-Huang变换能有效地将隐含在实测结构反应信号中的结构动力特性与损伤信息进行提取,从而能对结构的健康状况进行诊断。     

桥梁健康监测2019年度研究进展

桥梁健康监测系统利用通信传感设备远程记录运营中的结构持续响应,通过对信号数据的处理分析实现桥梁结构的实时预警与安全评估,从而达到保护结构正常运营、延长结构使用寿命、指导桥梁结构管养与维护决策的目的。桥梁健康监测技术作为桥梁工程领域新兴的分支,已逐渐成为一个热门研究方向。为了促进该领域研究进一步发展,指导健康监测系统在桥梁工程中更高效地应用,对桥梁健康监测系统的实施决策、传感器信号预处理、信号数据降噪处理、模态参数识别、有限元模型修正、损伤识别、状态预测与评估等关键技术方法的研究现状进行了详细介绍,并对2019年度内相关研究进展及应用进行了总结与评述,最终发现模式识别技术与机器学习方法正越来越广泛地应用到桥梁健康监测的研究中。     

CFRP索和钢索斜拉桥地震响应分析与抗震验算

为了研究碳纤维增强复合材料（CFRP）索和钢索斜拉桥在地震响应和抗震性能方面的差异,以苏通长江公路大桥为参考建立了有限元动力学模型。采用等轴向刚度准则进行钢索和CFRP索的替换,利用时程分析法比较了不同索斜拉桥的地震响应值,并进行了抗震验算和评价。结果表明：相对钢索斜拉桥,CFRP索斜拉桥的自振频率有明显提高,位移和内力地震响应值减小,响应衰减较快,且抗震性能优势明显,其原因是CFRP索斜拉桥自重轻、索桥耦合振动的概率小、索的材料阻尼大等;所得结论可为CFRP索在大跨斜拉桥中的应用提供参考。     

模式识别的斜拉桥损伤诊断动力指纹与识别算法

为有效并准确诊断出斜拉桥损伤,对基于模式识别的斜拉桥损伤诊断方法进行了研究。选取易于测试出的低阶模态频率和部分关键点竖向振型数据为动力指纹,无需模态扩展或模型缩聚。研究并采用全因子设计进行动力指纹库的创建,可精确评估设定的损伤因子及其交互作用对损伤识别结果的影响。设计并增加了带随机误差的动力指纹库样本集。编制了基于Matlab的模式识别的多种算法,重点研究了精确度高的多层感知器识别算法及其提高该算法预测准确率的装袋集成算法。最后给出一座单塔双跨双索面斜拉桥的多种识别算法的损伤诊断过程和结果,得到一种可包容测试随机误差的高精确度斜拉桥损伤诊断评估模型。     

基于Hilbert-Huang变换的结构损伤诊断

对Hilbert-Huang变换(HHT)在结构损伤诊断中的应用进行了分析。Hilbert-Huang变换是一种适用于非线性、非平稳信号，且具有自适应性的新的数据处理方法，将该方法应用于结构的反应分析，能有效地提取结构的损伤特征，从而对结构的健康状况进行诊断。分析实例表明了该方法的有效性和实用性。     

大跨度铁路钢桁斜拉桥传感器优化布置

为了解决大跨度铁路桥梁健康监测中的传感器优化布置问题,建立了基于改进自适应遗传算法的传感器优化布置方法。引入二重结构编码方法改进了遗传算法的个体编码方法。在最优保存策略中,采用自适应的部分匹配交叉和逆位变异方法,随适应度值的大小自动改变交叉概率和变异概率,确保布置结果收敛于全局最优解,克服了其他遗传算法应用于大型桥梁结构时收敛速度慢且易陷入局部最优的缺陷,加快了收敛速度。最后以某铁路钢桁梁斜拉桥健康监测系统的传感器优化布置为例,验证了该算法较基本遗传算法和广义遗传算法具有较好的全局寻优能力、计算效率和可靠性,所提方法可应用于实际铁路斜拉桥健康监测系统的传感器优化布置。     

形状记忆合金电阻-应变模型

目的 利用热动力学电阻理论和拉伸试验,建立超弹性状态的形状记忆合金(SMA)电阻-应变模型.方法 在SMA热动力学电阻模型的基础上,采用数值分析和实验验证相结合的方法 ,创建了SMA超弹性分段线性化模型.在完成SMA单向拉伸试验的基础上,提取具有代表性的实验数据,验证电阻-应变模型的有效性.结果 得到电阻-应变试验曲线,并建立了曲线的数学表达式.结论 所提出的SMA电阻-应变模型与实验结果 吻合很好,可以有效地表达SMA超弹性电阻-应变之间的关系.     

Analysis of precision and error of cable force identification of cable-stayed bridge

In this paper,in order to improve the precision of cable force identification of a practical cable-stayed bridge and consider some precision problems of vibration method in surveying the cable force in the engineering application,firstly,three calculation methods for the cable force measurement are analyzed and contrasted;secondly,using the method of finite element numerical simulation and the theory of the error analysis,the effect of both bending rigidity and constraint conditions on simple formula of vibration method is investigated;and the dependence of the precision of cable frequency identification on spectrum resolution,sampling time,and the number of sampling points is studied;Finally,fundamental frequency method,frequency difference method,and peak value method are applied to the cable force calculation of a practical project;and their computational precision and error are contrasted and analyzed.It is observed that it is essential to take into account the effect of every factor on the precision of the cable force identification and make it possible to identify the cable force more accurate by vibration method;and that it simultaneously provides an effective basis for the development of a high-precision equipment.     

大跨斜拉桥拉索安全性能加固方案

针对传统设计允许斜拉桥换索,但对拉索突然断裂时的结构动力响应认识还比较模糊这一现状,以某特大桥为主要研究背景,利用ANSYS通用有限元程序对斜拉索断裂损伤的动力模拟方法进行了研究,提出了全动力模拟方法,分析了该桥如果突然断裂一根或几根斜拉索给桥梁整体结构性能上带来的影响.仿真结果表明,如果在塔根附近不出现连续三对拉索同时突然断裂的情况,即使其他位置三对拉索连续突然断裂,整个结构也不会有安全问题,为千米级斜拉桥的管理和养护提供了支持.