基于小波包分析的Benchmark结构损伤预警试验研究

在基于小波包能量谱的结构损伤预警方法基础上,开展了Benchmark结构损伤预警的试验研究.通过Benchmark试验模型模拟结构的多种损伤状态,并采集模型在结构损伤前后的动力响应,在此基础上计算了结构损伤预警的小波包能量谱及其损伤预警指标.试验结果表明:基于小波包能量谱的结构损伤预警指标具有良好的损伤预警能力,可以准确地判定结构初期损伤的发生.     

基于小波包能量谱的结构损伤预警方法研究

基于小波包分析推导了结构动力系统在不同分析尺度上的状态方程和观测方程,在此基础上研究了结构动力响应在不同分析尺度上的时-频特性以及系统矩阵和测量噪声在各个分析尺度上的递推性。理论分析证明,采用结构动力响应的小波包能量谱进行结构损伤预警具有较好的损伤敏感性和噪声鲁棒性。根据瞬态激励的特性提出对激励和响应的时域互相关序列进行小波包分解得到小波包能量谱,并在此基础上计算结构损伤预警指标。通过一钢筋混凝土板静力承载力的振动试验分析,对板不同受力阶段的损伤状态进行了判别,并与实际损伤程度进行了比较。     

基于小波包分析的拉索损伤声发射信号特征提取

结合显式有限元和小波包分析技术开展了拉索损伤声发射信号特征提取的仿真分析。采用ANSYS/LS-DYNA模拟得到拉索损伤声发射信号的仿真信号,基于小波包能量谱对拉索声发射的有限元仿真信号进行了特征提取,从小波包分解层次、特征频带数量的选择及特征参数的噪声鲁棒性三个方面开展了讨论分析。结果表明:(1)通过选择适当的小波包分解层次,小波包能量谱可以精细地反映信号的特征;(2)选取少数特征频带就能使得小波包能量谱反映声发射信号的特征信息;(3)基于小波包能量谱的特征参数具有良好的损伤敏感性及噪声鲁棒性,能在强噪声影响下实现对拉索不同损伤类型的判别。     

小波包分析和信息融合在结构损伤预警中的联合应用

为提高环境激励下结构损伤预警的准确性,将信息融合技术引入到基于小波包分析的结构损伤预警方法中。采用D-S证据理论对环境激励下识别的小波包能量谱进行多源信息融合得到改进的小波包能量谱,并进而计算结构的损伤预警指标。ASCE Benchmark结构损伤试验结果表明:1)环境激励下基于小波包分析和信息融合的结构损伤预警方法具有良好的损伤预警能力,可以准确地判定结构初期损伤的发生;2)D-S证据理论能够对环境激励下的小波包能量谱识别样本抽取有效信息,获得准确性和鲁棒性更好的识别结果,较适合于工程结构的实时损伤预警。     

基于小波包能量曲率差法的桥梁损伤识别试验研究

针对各种损伤识别指标中,小波包能量曲率差法仅有数值仿真、未经试验验证,尤其缺少实际工程验证问题,用数值模拟验证该方法识别结构损伤的有效性;利用沧州子牙河新桥替换下的梁体,进行两种工况损伤模拟。通过测试完好与损伤状态各点加速度响应,用小波包能量曲率差法识别损伤,考察小波函数和分解层数对识别效果的影响。结果表明,该方法有效,并可应用于实际工程。     

结构损伤识别的小波包分析试验研究

在结构服役期内，由于局部损伤的累积发展将导致结构刚度等特性的降低，可能导致灾难性的事故。传统的基于模态参数的损伤识别方法有时效果并不理想。提出基于小波包变换的能量变化率指标，并用其进行损伤识别的方法。首先将所得的结构响应信号进行小波包分解，然后通过小波包能量变化率指标进行损伤定他。通过三种不同损伤工况的梁体室内试验，证明所提出的损伤指标可以准确地识别损伤位置。     

动载测试与小波分析在桥梁结构损伤诊断中的联合应用

将结构动载测试与小波分析相结合提出了适用于大跨桥梁结构的两阶段损伤诊断方法。采集桥梁结构在损伤前后各测点的动载测试数据并进行小波包分解得到小波包能量谱，在此基础上计算结构损伤预警指标和损伤定位指标，用以确定损伤的发生及其所在的区域。某三跨连续梁桥的数值模拟研究结果表明了本文所采用的损伤诊断方法的可行性与有效性。     

基于损伤存在概率成像方法的复合材料结构损伤识别

基于小波分析理论和概率统计原理,提出一种损伤存在概率成像方法,对复合材料结构进行在线的健康监测。首先对结构损伤前后Lamb信号进行比较,提取信号的能量特征差异系数,作为损伤指标;然后用概率统计方法判断该损伤指标是由损伤引起的还是因环境变化造成的;最后用成像算法给出存在概率图像识别损伤。对复合材料板结构进行实验验证该方法的可行性,具有一定的实际工程应用价值。     

基于Hilbert边际谱与随机-模糊统计原理的梁桥损伤识别试验研究

HHT是一种新的适用于非线性、非平稳信号且具有自适应性的数据处理方法,而桥梁试验模型空间变异的模糊性和测量过程中荷载激励的随机性,使得Hilbert边际谱能量比同时具有随机不确定性和模糊不确定性,适用于被随机-模糊统计原理处理,提出了基于Hilbert边际谱与随机-模糊统计原理的结构损伤识别方法,并将四个Hilbert边际谱能量指标应用到室内两跨连续梁模型桥的损伤识别中。结果表明：主梁损伤前后四种能量指标都发生了变化,但是能量累积变异指标和能量变异最值指标能准确指示出损伤位置和程度,比能量比偏差和能量比方差对于结构损伤更加敏感,更适用于桥梁实时在线的预测预警系统。     

基于时间序列分析的结构损伤识别

针对如何从结构响应信息中提取结构损伤指标的问题,提出了一种基于时间序列分析的结构损伤识别方法。对结构响应数据进行预处理,利用完好工况下的结构响应数据作为参考数据,建立自回归(Auto regression-AR)预测参考模型。利用已建立的AR预测参考模型计算待识别工况的残差,将待识别工况的残差与AR预测参考模型的残差的方差之比作为损伤指标,对结构损伤进行识别;通过算例表明:该损伤指标不仅可以判断结构是否发生损伤,而且可以识别结构的损伤位置。     

坡膛结构变化对弹带挤进过程影响的研究

基于弹塑性有限元接触理论,引入了弹带材料的初始损伤及累计损伤模型,对弹带挤进、冲击坡膛的过程进行了理论分析,建立了弹带挤进、冲击坡膛的显式非线性有限元模型。对在两种不同结构坡膛条件下的弹带挤进过程进行了分析计算,得到了挤进过程弹丸及弹带的动力学响应,并通过计算分析了坡膛结构变化对挤进冲击力的影响,揭示了坡膛裂纹的形成机理。     

船用柴油机运动机构动力学动态分析方法研究

在用传统方法分析柴油机动力学的基础上,利用三维实体建模软件对TBD234V6柴油机的动力传递系统进行建模而后将其导入到机械系统动力学分析软件中,对柴油机动力传递系统在带隔振器、不带隔振器以及冲击环境下进行动力学动态仿真。分析结果表明,该模型能准确反映动力传递系统的运动受力情况,该分析流程提供了一种船用柴油机动力传递系统结构设计以及故障处理时简单可靠可行的方法。     

干摩擦对碰撞振动系统周期运动的影响分析

建立了含干摩擦对称间隙的两自由度碰撞振动系统的非线性动力学模型, 利用半解析、数值摸拟方法求解和分析了系统运动中存在复杂的粘滑碰撞动力学行为。为了精确地捕捉粘滑碰撞的分界点, 给出了判定系统粘滑碰撞的方法及粘滑碰撞过程中的衔接准则。并进一步分析了系统对称的周期运动、拟周期运动、粘滑碰撞运动和混沌行为以及干摩擦对系统所呈现出的动力学行为的影响。     

基于相位差校正法的全息谱研究

针对传统全息谱在噪声干扰下精度降低的问题,提出了一种新的基于相位差校正法的全息谱分析方法。该方法首先对时域信号加窗截断后进行FFT变换,然后引入相位差法校正其频率、幅值和相位,最后合成全息谱图。通过仿真及对柔性转子实验台的振动信号的分析,表明基于相位差校正法的全息谱可以明显提高其分析精度,更加精确而有效地诊断旋转机械的故障。     

基于概率地震需求分析的铅芯橡胶支座抗震性能研究

选取谱加速度为地震动强度参数,最大墩底弯矩为工程需求参数,对铅芯橡胶支座隔震简支梁桥和非隔震简支梁桥进行了概率地震需求分析,从概率的角度定量计算研究了铅芯橡胶支座在提高桥梁结构抗震性能上的作用。概率地震需求模型计算结果表明,隔震桥梁结构回归方程的斜率均小于非隔震桥梁结构回归方程的斜率,这反映出隔震结构对地震动强度改变的敏感性小于非隔震结构;场地危险性分析表明,在同一场地上,桥梁结构体系遭遇某水平谱加速度的超越概率,隔震结构小于非隔震结构,隔震支座的应用降低了桥梁结构对应的场地危险性;概率地震需求危险性分析表明,在本文设定的场地和结构参数下,铅芯橡胶支座隔震桥梁结构发生墩底纵筋屈服的年超越概率远小于非隔震结构相应的概率。本文的研究表明,概率地震需求分析方法作为一种基于概率的定量分析方法,可以用于不同结构体系的桥梁结构抗震性能的评价上。     

基于分形理论的岩石冲击破坏分形分析

利用大直径分离式霍普金森压杆试验系统,对绢云母石英片岩和砂岩进行冲击压缩试验, 采用不同等级标准筛对岩石冲击破碎后试块进行筛分统计,运用分形几何理论,计算出冲击荷载作用下两种岩石破碎块度分布的分形维数,研究冲击速度对块度分维影响,分析两种岩石动态抗压强度随块度分维的变化关系。试验结果表明,绢云母石英片岩块度分维大部分集中在1.9~2.4之间,砂岩集中在2.5~3.0之间;两种岩石分形维数随冲击速度的升高呈上升趋势,近似线性正比关系;绢云母石英片岩动态抗压强度与块度分维无明显函数关系,砂岩动态抗压强度随块度分维的增大呈增加趋势。采用分形维数对岩石试件在冲击破碎过程中动态抗压强度的变化进行定量描述,为探索岩石动态破碎分形特征与冲击力学性能之间的内在规律,开辟新的研究途径。     

基于频率控制的自适应随机共振系统研究

研究双稳Duffing系统随机共振产生机理,针对不满足绝热近似条件的大参数信号,提出基于频率控制自适应随机共振微弱信号检测系统,实现对未知大频率微弱信号检测。仿真结果表明,该系统能实现大频率信号随机共振,较传统随机共振系统精度及系统输出信噪比均极大提高,并能扩展其在微弱信号检测领域的应用。     

基于声振信号EMD分解的轻微碰摩故障诊断方法研究

针对转子系统局部碰摩故障特征及声音振动信号特点,采用一种基于声振信号经验模式分解(Empirical Mode Decomposition简称EMD)的轻微局部碰摩故障诊断方法对滑动轴承碰摩故障进行特征提取。由于EMD分解不需要固定的基函数,根据信号特征自适应的调整,从而实现碰摩特征及旋转激励背景信号自动分解。通过设计滑动轴承缺油工况轴承碰摩试验,并进行振动全息测试分析,将所得声振信号本征模式函数时域特征和边界谱特征与转子径向位移及轴承座加速度信号对比分析,确定了碰摩部件;从而证明基于声振信号EMD分解的碰摩故障诊断方法的有效性。     

基于递归分析的微裂纹缺陷超声检测技术研究

为准确检测金属构件微裂纹缺陷,采用超声脉冲反射法对金属试块进行检测,并提取超声背散射信号进行分析。通过对背散射信号进行简单的建模,说明其组成要素。由于背散射信号的非线性特征,缺陷回波信号会对系统的递归特性产生影响;在此基础上提出了基于递归分析的方法分别对含人工微裂纹缺陷金属试块的无缺陷区、单裂纹区及双裂纹区背散射信号进行检测研究;通过合理的参数选择,对采样信号进行递归分析并绘制递归图;对比含缺陷信号与无缺陷信号,发现前者会在递归图中产生明显的白色交叉条纹带。使用递归定量分析进一步研究了含缺陷背散射信号的递归特征量。结果表明多种特征量对缺陷回波信号比较敏感,其中递归率(RR)和捕获时间(TT)在缺陷位置有明显的特征。     

摩擦对齿轮振动噪声影响的研究进展

围绕齿面摩擦引起的齿轮系统振动和噪声问题,从计入齿面摩擦的齿轮动力学模型、齿轮系统动态响应、齿轮摩擦噪声以及实验研究等方面,综述了近20年来齿轮振动噪声的研究现状和发展趋势。重点阐述了计入齿面摩擦的齿轮动力学研究的方式方法,总结了计入摩擦齿轮动力学的主要研究结论。最后就现有研究中存在的主要问题及研究方向提出了建议。