基于压电波动测量的套筒灌浆缺陷检测试验

套筒灌浆连接是当前装配式建筑中受力钢筋的主要连接方式,其灌浆质量是影响装配式混凝土结构性能的关键因素之一。运用压电陶瓷材料的驱动和传感功能,该文提出了一种基于波动分析的套筒灌浆缺陷主动检测方法,并通过试验验证其可行性,通过数值模拟分析其机理。在套筒连接钢筋表面粘贴压电片,测量健康试件和设置有不同尺寸缺陷试件上压电陶瓷传感器的输出信号,并对小波包能量进行分析和比较。结果表明,灌浆缺陷导致压电陶瓷传感器输出信号的电压幅值增大,小波包能量指标与套筒灌浆缺陷尺寸大小相关。该法能对套筒内灌浆缺陷进行有效检测。     

预应力装配式叶片连接单元状态监测

提出了一种基于压电陶瓷激励与传感技术的预应力装配式风电叶片连接单元的状态监测方法。通过逐级施加螺栓预拉力对连接单元进行安装,再对连接段施加轴心拉力直至试件破坏,将压电陶瓷片粘贴在连接单元两侧分别作为驱动端和接收端,对受力全过程进行监测。比较不同激励信号下各阶段测量信号基于小波包分析的健康指标的变化,发现在连接界面脱开时信号出现明显衰减。该文的方法可实现装配式风力发电机叶片连接段状态的有效监测。     

基于嵌入压电技术的钢管核心混凝土缺陷检测

钢管混凝土构件核心混凝土缺陷影响到其延性和承载力。利用自制的嵌入式压电功能元,该文提出了基于压电陶瓷应力波测量与分析的核心混凝土缺陷监测方法。通过对比在不同状态的简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下小波包能量的差异,定义了基于测量信号幅值和小波包能量的损伤指标。结果表明,利用提出的嵌入式压电技术和定义的损伤指标,有效地识别了钢管混凝土构件的核心混凝土损伤,损伤指标对损伤程度敏感。     

基于嵌入压电技术的钢管核心混凝土缺陷检测

钢管混凝土构件核心混凝土缺陷影响到其延性和承载力。利用自制的嵌入式压电功能元,该文提出了基于压电陶瓷应力波测量与分析的核心混凝土缺陷监测方法。通过对比不同状态简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下小波包能量的差异,定义了基于测量信号幅值和小波包能量的损伤指标。结果表明,利用所提出的嵌入式压电技术和所定义的损伤指标,有效地识别了钢管混凝土构件的核心混凝土损伤,损伤指标对损伤程度敏感。     

基于压电陶瓷传感器的GFRP损伤检测试验

该文使用外贴法将压电陶瓷传感器固定在玻璃纤维复合材料（GFRP）上进行损伤检测试验,研究了GFRP试件表面裂缝的深度及数量对压电陶瓷传感器接收信号的影响。将主动感应法和基于小波包能量法相结合,做出时域信号图和基于小波包的能量图。分析数据发现,GFRP试件损伤程度越大,传感器接收信号的电压值越小,信号的能量越小。试验结果表明,压电陶瓷传感器有望通过主动感应法用于检测GFRP的损伤变化。     

预应力弯曲波纹管灌浆密实性监测试验研究

针对预应力波纹管弯曲位置处易出现灌浆不密实问题,该文提出了一种基于压电波动法的预应力波纹管密实性监测研究方法。在塑料波纹管纵向4个横截面的顶部和底部各粘贴1个压电陶瓷片,通过其单发单收的“区域交叉”的纵向监测方式,分析了9个灌浆工况中接收信号幅值、频率和小波包能量的变化规律。当波纹管灌浆料密实时,其功率谱密度和小波包能量变化明显,验证了压电波动法监测的有效性。     

压电波动法监测土壤含水率的可行性研究

基础工程施工的安全性常以基坑稳定性为前提,而土壤的含水率是边坡稳定性的关键因素。但是,土体内部含水率的观测困难,很难实时了解土体内部水分的变化情况。目前对土壤含水率进行监测的方法较少,故而迫切需要一种对土体结构含水率进行实时监测的方法。该文通过制作简易土箱,利用压电智能骨料并结合压电波动法对土箱内土壤进行含水率监测,获得了不同含水率下的压电信号及小波包能量。基于小波包分析方法发现,压电信号幅值及对应的小波包能量指数与土壤含水率呈正相关关系,且土壤含水率越大,小波包能量指数的上升速率越慢,并在其含水率接近饱和时基本不再变化,验证了该土壤含水率监测方法具有良好可行性。     

冲击下钢筋混凝土桥墩损伤监测试验研究

钢筋混凝土桥墩受船舶等撞击后损伤状况的监测对其安全性评估具有重要意义。该文提出一种基于压电应力波传播的钢筋混凝土桥墩损伤状况监测方法,对表面布置有压电陶瓷传感器阵列的钢筋混凝土桥墩缩尺模型进行落锤冲击试验,对比冲击前后简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下测量信号小波包能量值,实现试件裂缝损伤监测。监测结果与试件实际开裂情况吻合。结果表明,所提方法能有效地监测桥墩结构在冲击作用后的裂缝损伤状况。     

风机叶片的覆冰机理与模拟分析

阐述主成分分析法对风机叶片覆冰机制的分析，模拟分析环境因素对风机叶片覆冰的影响、叶片几何参数的影响，探讨风速、温度与叶片的角度都是影响风机叶片覆冰的因素。     

压电耦合智能板结构中微损伤识别方法研究

基于小波包能量谱分析方法,研究了压电耦合板结构中微损伤及其损伤程度的检测和识别方法。通过建立压电耦合板的谱有限元模型,数值模拟研究了金属板中微小凹陷损伤发生细微变化时传感器的动态响应;进而采用小波包分析技术对响应信号进行分解,得到一系列子信号的能量谱,分析了不同程度凹陷损伤对各节点能量谱的分布和幅值变化所产生的影响。研究结果表明,小波包能量谱能够对微小凹陷损伤及其损伤程度进行较为灵敏地识别,为实际检测工作提供了参考。     

风轮机叶片电磁散射特性的占比分析与解析模型的建立

针对风轮机叶片雷达散射截面积的变化特性,分析了风轮机叶片雷达散射截面积（Radar Cross Section, RCS）对其整体雷达散射特性占比情况,实现对叶片解析模型适用范围的选取。考虑了风轮机叶片旋转平面与雷达视线（Line of Sight, LOS）夹角、叶片材料、叶片几何形状等因素对风轮机散射特性的影响,运用UG软件对风轮机叶片进行三维建模,利用真实叶片与相应简化圆柱叶片电磁散射特性的差异构建高保真的风轮机真实叶片电磁散射特性的解析模型,实现风轮机叶片RCS的快速计算。最后将解析模型计算结果与实测数据进行对比,验证了论文给出的真实叶片电磁散射特性解析模型的有效性。      

基于压电材料的钢筋砼-钢组合塔筒损伤监测

钢筋混凝土-钢组合塔筒作为一种新型的风电塔架形式,其混凝土段的开裂对其使用寿命具有重要影响,对其混凝土段的开裂进行监测具有重要意义。该文提出了一种基于压电陶瓷激励的应力波测量的钢筋混凝土塔段的开裂监测方法,以某钢筋混凝土-钢塔筒缩尺模型为对象,以布置在钢筋混凝土塔筒表面的压电陶瓷片为激励器,利用布置在钢筋混凝土塔筒不同高度位置的压电陶瓷片作为传感器,实现在不同水平往复加载下的应力波的测量。对混凝土塔段从裂缝开始出现直至构件最终破坏整个过程各压电陶瓷片的响应进行分析,并定义损伤指标。结果表明,定义的指标不仅可较好反应裂缝实际出现位置,且与加载等级相关,所提出的监测方法可对钢筋混凝土塔段裂缝的发生和发展过程进行有效监测。     

Experience with bicoherence of electrical power for conditionmonitoring of wind turbine blades

The authors explore the application of the normalised bispectrum or bicoherence to the problem of condition monitoring of wind turbine blades. Background information is provided on this type of condition monitoring, how it differs from more conventional condition monitoring of turbo machinery, and the motivation for selecting bicoherence. Bicoherence is defined and compared with the power spectral density. Complications in collecting suitable data, and estimating the bicoherence from that data are investigated; including the requirements of very long stationary data sets for consistent estimates, and computational difficulties in handling such large data sets. Bicoherence is then applied to electrical power output data obtained from a 45 kW wind turbine. The turbine is operated in three configurations to represent normal and fault conditions. A blade with less flapwise stiffness but identical outer dimensions to the matched set of blades was fitted to simulate a damaged blade. Comparison of the results from the power spectral density and bicoherence indicates how the bicoherence might be employed for condition monitoring purposes. Slices of the bicoherence with one frequency fixed at the rate of rotation show clear differences between the configurations and substantially reduce the computational effort required to calculate the estimate     

大型风电叶片动态摄影测量网络优化

在大型风电叶片动态摄影测量中,为了对相机的站位进行优化,采用一种变异操作改进型遗传算法作为摄影测量网络优化方法,通过光线束前方交会的误差传递建立测量误差模型,以空间坐标测量误差的标准差为网络优化的目标,同时根据被测风电叶片几何结构和实际环境确定了相应的约束条件进行仿真实验,得到了最优的相机站位。结果表明,在以叶片长度为40m的风机为被测物的仿真实验中,最优站位的空间坐标测量误差标准差为2.7mm;通过对叶片长度为3.5m的风机模型进行实测实验验证,最优站位的相对测量误差为0.009%,最大误差为0.617mm。该研究为风电叶片摄影测量的网络优化提供了参考。     

反射式光纤在高速旋转叶片振动测量中的应用

采用基于反射式光纤工作原理的新型光纤束式叶尖定时传感器,研制了涡轮机高速旋转叶片振动监测系统,能够高效地收集叶尖定时信号,配合后续的光电转换、数据采集和数据分析,实现了高速旋转叶片的实时振动检测.在现场高速模拟转子的实时监测实验中,该系统的工作性能良好,得到的结果与同时进行监测的应变片实验结果基本一致,分析的异步振动阶次和频率也基本符合,为发动机的在线监测奠定了基础.     

Pitch controller for wind turbine load mitigation through consideration of yaw misalignment

Recent developments in sensor and actuator technologies have promoted the design and implementation of individual pitch controllers (IPCs) to mitigate fatigue loads on turbine blades caused by vertical wind shear. So far, IPCs have been designed assuming perpendicularity of the oncoming wind with respect to the turbine rotor plane as an independent yaw controller is dedicated to eliminate any misalignments. In this paper, a multi-input-multi-output (MIMO) IPC is designed based on the knowledge of mitigated blade load at a yawed inflow condition (i.e., yaw misalignment at certain angular position). Nonetheless, the proposed IPC is still to operate in the typical turbine configuration, in which the turbine is aligned with the wind direction. Performance of the proposed IPC is compared with that of the baseline collective pitch controller (CPC) and baseline IPC on simulations of the NREL 5 MW reference turbine at various turbulent wind conditions. Compared with the baseline CPC, the proposed controller is shown to contribute at least a 31.54% reduction in the blade out-of-plane fatigue load, a 35.32% reduction in the tower fore-aft fatigue load, and a 29.80% reduction in the tower side-to-side fatigue load.     

基于散射中心的风电机叶片散射电场求解

为降低雷达系统的数据处理量及实现风电机实时目标特征识别,必须寻求风电机叶片散射电场的快速求解方法。针对传统电磁求解算法需处理巨量风电机叶片散射电场数据的问题,突破传统以超大电尺寸目标实体为基本单元进行广域空间电磁散射积分计算的思想,提出了一种基于散射中心的风电机叶片散射电场求解方法。基于非衰减指数和散射中心模型,通过距离-多普勒算法构建风电机叶片的雷达逆合成孔径图像,采用CLEAN 算法并结合相关系数提取风电机叶片的散射中心参数集,最终以散射中心产生的散射电场数据等效替代叶片本体的全部散射数据,实现了叶片散射电场的快速求解。以Vestas V82-1.65MW 型风电机为例,以矩量法计算结果为基准,文中所提方法计算准确度为93.20%,数据的压缩比达76.81,计算量的数量级比矩量法降低了106。