基于贝叶斯估计的结构固有频率不确定性分析

在结构振动测试中,由于测试环境影响、试验设备、操作人员以及模态分析过程中的简化,试验获取的结构模态参数中包含了不确定因素。为了正确的估计结构物理参数的统计特性,在贝叶斯估计方法中选择共轭先验分布,结合试验数据导出后验分布,得到了结构固有频率均值及方差的估计值。对一个4层钢筋混凝土框架结构模型进行了振动测试。试验结果表明:在不能获得大量样本信息时,充分利用先验信息,结合现场测试数据,对频率参数进行估计,能够有效地减小均值与方差的可信区间长度,具有工程实用参考价值。     

基于Bayesian估计的整体和局部信息融合的损伤识别

在结构损伤识别中,如何充分利用整体和局部传感器测试得到的信息来增加结果的准确性是一个值得研究的问题。该文提出基于Bayesian 理论的结构整体局部信息融合的损伤识别方法。首先根据Bayesian理论建立了关于频率、位移模态和应变模态结构损伤的概率模型,静态应变信息提供了Bayesian理论的先验信息,使该概率模型充分利用了各种传感器信息;然后为了减少计算量,采用分步损伤识别的方法,在采用模态应变能指标初步定位损伤范围的基础上,用该文提出的逐个单元消去法定位损伤单元。最后对20 跨刚桁架模型进行试验研究证明了该方法的有效性,并且比较考虑与不考虑应变传感器信息的损伤识别结果。     

结构动态测试传感器优化配置的预试验技术

传感器配置是结构动态测试的一项重要的技术措施,其效果决定了结构的各阶主要测试模态的有效程度。由此,首先对结构仿真模型进行预先的主元素分析,优化传感器的布置。在结构有限元模型(FEM)中,对模型固有特性进行分析,确认重要的结构模态和结构动态测试目标。利用Guyan缩减方法对模型的自由度进行主从划分;选取感兴趣的结构振型的主自由度,对应从有限元模型中提取缩减的"试验模型"。针对提取的缩减模型重新开展模态分析,采用模态置信度(MAC)指标评估各阶振型之间的相关性,进而量化并直观显示传感器的配置效果。对某型号无人直升机机身结构进行地面振动试验。通过从仿真模型中选取合适的振型主元,改进传感器的配置,能保证试验中获得期望的结构测试模态,验证了利用结构仿真模型在动态测试之前预先进行传感器优化配置的效果。     

砂轮划片机模态测试中的传感器测点优化研究

针对砂轮划片机这类复杂设备振动模态测试中测试时间长、传感器数目难以确定和测点难以定位的问题,提出了结合有效独立法、QR分解法及模态验证准则、香农扩展定理对砂轮划片机主系统进行测点优化的方法。采用锤击模态测试方法对某一型号的砂轮划片机测点优化前后的模态进行了测试,识别出划片机主系统的振型和模态参数,比较测点优化前后的测试结果,表明测点优化的模态测试实现了将有限个传感器布置在关键的测点位置上并获取最接近真实信息的目的,缩短了测试时间,提高了测试精度,为复杂设备的振动模态测试提供了参考。     

噪声方差自适应修正的混合系统故障诊断方法

针对混合系统故障诊断问题,提出了一种模型噪声方差自适应修正的多模态故障诊断方法。首先,在粒子滤波的框架内将混合系统故障诊断建模为最优状态估计与跟踪问题,利用实时观察信息和各个模态先验的转移概率,估计最优的故障模态,并针对估计结果进行单独的建模分析;接着,根据平滑估计值和当前观测信息之间的相关性,建立噪声方差在线自适应检测机制,对模态噪声方差进行自适应更新,有效克服了模型噪声统计特性时变对滤波精度的影响,提升了算法的鲁棒性。最后,针对多种模态估计跟踪进行了充分的仿真分析,验证了本文方法的有效性和鲁棒性。     

π 型叠合梁颤振试验及数值研究

提出了一种基于改进变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)的模态参数辨识算法,用于颤振试验信号的数据处理。采用自然激励技术提取脉冲响应信号;利用信号的先验信息结合本文提出的适应度函数,求解最优分解参数;用参数优化后的VMD算法将信号分解为指定个数的信号分量,每个分量仅含单一频率的振动模态;用矩阵束法识别模态参数。数值仿真和风洞试验研究表明:改进的VMD算法可以有效分离颤振试验信号中的密集模态,提高模态参数辨识的精度;结合颤振裕度法,有助于颤振边界的预测。     

基于超拉普拉斯先验与核谱特性噪声图像盲去模糊

现有大部分盲图像去模糊方法对噪声敏感,即使少量的噪声可大大降低恢复图像的质量．考虑到模糊图像中同时隐含有清晰图像信息和模糊核信息,我们同时利用卷积核谱特性先验和清晰图像梯度域超拉普拉斯先验联合建立含噪图像盲去模糊模型,较单独使用卷积核先验与清晰图像先验建模更合理,也能获得更精确的估计图像．本文借助于Hessian矩阵,利用模糊图像及卷积核联合生成先验子,而非单独的估计图像先验子,建立优化模型．求解模型时,通过迭代策略交替细化模糊核和清晰图像．在清晰图像恢复阶段,因存在超拉普拉斯先验项,提出用变量分离法计算清晰图像．清晰图像采用快速傅里叶变换及封闭阈值公式求解,以提高优化速度．实验结果表明：与其他方法相比,本文方法能获得更鲁棒的模糊核和更精确的清晰图像,且收敛速度更快．     

基于CAE/CAT/CAO的齿轮箱轴承结合部等效刚度识别方法

基于CAE/CAT/CAO技术,提出一种有限元模态分析、试验模态分析与Isight集成优化方法相结合的精确识别轴承结合部等效刚度的方法:1采用Abaqus有限元分析软件建立齿轮箱有限元分析模型,通过spring单元模拟轴承三个方向的等效刚度,并将其作为设计变量;2基于LMS模态测试分析系统对齿轮箱进行试验模态分析,得到包含轴承结合部信息的各阶固有频率和振型,并以试验模态分析得到的固有频率值作为优化目标值;3通过Isight软件集成Abaqus对轴承刚度进行寻优,使有限元模态分析的结果与试验模态分析的结果相一致。分析结果表明,该方法综合考虑了齿轮轴、箱体的柔性,具有较高的精度,优化后的齿轮箱有限元模型与试验模型动态性能一致性好。     

一种运用不完全模态试验数据的无溢出模型修正方法

模型修正即为利用结构现场实测的振动信息修正不精确的有限元结构动力模型.鉴于测量的模态数据一般是不完整的,因此在进行模型修正时,希望测量的低阶模态数据融于修正模型而不改变原模型的高阶模态数据.这样的一种修正,如果可能,称为无溢出模型修正.在假定有限元模型的质量矩阵与刚度矩阵均为对称非负定矩阵,并且质量矩阵是精确的情况下,提出了一种无溢出有限元模型修正方法.该方法可使得修正模型仍为对称非负定、测试模态与测试频率融于修正模型、并且修正模型的剩余模态和频率与原模型一致.最后数值例子验证了该方法的有效性.     

液压挖掘机动力系统振动分析与控制

针对某挖掘机主泵剧烈振动问题,应用拉格朗日方程建立动力系统的动力学模型,得到动力系统的刚体模态频率,通过分析排除刚体模态共振的可能。利用有限元方法,对比分析法兰厚度、主泵重心至法兰距离对动力系统结构模态频率的影响,对关键参数进行识别和优化。对优化前后主泵振动进行对比测试,发现振动有效值降幅达75.7%,验证了理论建模、分析及测试方法的正确性。     

空调室外机系统的实验模态分析与模型更新

有限元(Finite Element, FE)模型的正确性和可靠性对于确保结构仿真达到其分析目的相当重要。文章介绍了空调室外机(Outdoor Unit of Conditioner, OUC)有限元模型的建模技术与模型更新。建构OUC的有限元模型必须呈现结构的物理特性,包括几何形状、材料性质、接触接口和边界条件等,并施以实验进行验证。一般的方法是对结构进行实验模态分析(Experimental Modal Analysis, EMA)以获得结构模态参数。同时,也可由有限元模型的数值分析求得理论模态参数。模型更新是调整有限元模型参数,使分析模型和实际结构的结构模态特性相符。结果显示,更新后的有限元模型在结构模态和频率域特性上,能充分呈现空调室外机实际结构的振动特性。     

一个基于优化的有限元模型修正方法

本文提供了一个基于一阶搜索优化的有限元模型修正方法。它只需利用结构模态试验的部分固有频率，就能获得较精确的有限元模型。文中附有某无人机上垂尾有限元模型修正的实例。根据上垂尾前二阶试验的固有频率，采用本文方法，对有限元模型进行了修正。修正后有限元模型的前二阶固有频率与试验值的相对误差在2．35％以内，而第三阶固有频率与试验值的相对误差仅为5．81％。它不仅大大地缩小了用修正前有限元模型算得的固有频率与试验值的相对误差，而且还能较精确地预测无试验结果的高阶固有频率值。     

一种海洋平台广义模型修正方法的研究

针对导管架式海洋平台结构的广义模型修正问题，提出了先修正模态振型后修正模态频率的试验方法。首先利用损伤检测方法识别出试验模型中与初始有限元模型有刚度偏差的杆件单元并采用反复迭代修正的方法进行了有限元模型模态振型的修正；然后将地基模拟为三维弹性支承并对其进行优化设计来实现有限元模型模态频率的修正；通过力锤激励下海洋平台的模型试验验证了此方法的可行性，为长期服役且原型结构未测的海洋平台的损伤检测、安全评估研究提供了基础。     

基于模态柔度的有限元模型修正方法

以各阶模态柔度矩阵中各元素相对变化作为指标,提出了基于模态柔度灵敏度解析表达式的有限元模型修正方法,推导了模态柔度灵敏度解析表达式,结构严谨,编程方便。以一平面简支梁为例,考虑运用不同的模态阶数、测点自由度及测试误差,利用Tikhonov正则化方法进行模型修正,通过多次模拟计算,分析了相关因素对模型修正结果的影响。实例计算表明,当噪声较小时,修正效果很好,但随着测试噪声水平的增加,修正结果稳定性变得相对较差;利用较高阶模态修正结果比利用较低阶模态修正后结果要好;同时测试自由度不完整性也是模型修正结果的不利因素。     

基于不同残差的动态有限元模型修正的比较研究

基于模态试验结果的设计参数型动态有限元模型修正方法,较多地采用模态频率、反共振频率、模态振型以及振型相关系数等参数。分析了以上四种参数用于模型修正的优缺点,采用欧洲航空科技组织的基准模型- GARTEUR飞机模型,通过数值仿真对利用模态频率、模态频率加反共振频率、模态频率加振型以及模态频率加振型相关系数等不同残差的修正进行了比较研究。结果表明,模态频率与反共振频率是优选的两种参数。     

An improved perturbation method for stochastic finite element model updating

In this paper, an improved perturbation method is developed for the statistical identification of structural parameters by using the measured modal parameters with randomness. On the basis of the first‐order perturbation method and sensitivity‐based finite element (FE) model updating, two recursive systems of equations are derived for estimating the first two moments of random structural parameters from the statistics of the measured modal parameters. Regularization technique is introduced to alleviate the ill‐conditioning in solving the equations. The numerical studies of stochastic FE model updating of a truss bridge are presented to verify the improved perturbation method under three different types of uncertainties, namely natural randomness, measurement noise, and the combination of the two. The results obtained using the perturbation method are in good agreement with, although less accurate than, those obtained using the Monte Carlo simulation (MCS) method. It is also revealed that neglecting the correlation of the measured modal parameters may result in an unreliable estimation of the covariance matrix of updating parameters. The statistically updated FE model enables structural design and analysis, damage detection, condition assessment, and evaluation in the framework of probability and statistics. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于应用程序交互访问技术的桥梁有限元模型修正研究

传统的有限元模型修正方法对于具有复杂多自由体系的大型桥梁结构显得束手无策,其中一个重要的原因是大型桥梁结构体系很难用有限元编程精确地表达,难以建立完整的或者缩聚的质量矩阵和刚度矩阵。该文开发了基于应用程序交互访问的有限元模型修正模式,首先在Strand7软件中建立初始的有限元模型,然后利用MATLAB建立迭代程序并调用Strand7软件,通过读写Strand7中的物理参数来更新模型,实现了大型桥梁结构有限元模型修正。该文对一座实桥进行多参考点脉冲锤击法模态试验和静载试验,基于获得的静动力试验数据和Strand7有限元模型分析结果,引入损伤函数的概念识别得到了该桥各梁的分段刚度,成功地实现了单元层次的参数识别。     

RTM整体成型复合材料翼盒的固有模态及稳定性

采用基于水溶性型芯的RTM成型技术制备了整体化的复合材料翼盒, 并对翼盒进行了自由振动模态试验; 采用三维壳单元, 建立了翼盒固有模态及稳定性有限元分析模型, 该模型分析的翼盒固有模态与试验结果吻合很好, 验证了有限元模型的有效性; 为研究翼盒固有模态及稳定性的铺层效应, 采用该模型分析计算了4种铺层方案的翼盒的固有模态及稳定性。研究结果表明: 对称铺层蒙皮有利于提高翼盒轴向压缩与轴向扭转屈曲载荷及固有频率, 而不利于面外弯曲和弯扭组合情况; 腹板减薄和增加腹板45°铺层均不利于提高, 甚至会大幅度降低屈曲载荷及固有频率, 弯扭组合加载最容易导致失稳。     

应用试验模态参数修正理论模型的最佳矩阵逼近法

本文从特征方程和模态正交条件出发，给出了一种应用模态参数识别结果修正理论模型的最佳矩阵逼近方法。该方法通过对识别出的模态矩阵进行奇异值分解并结合特征方程和模态正交条件导出了修正理论模型的通解表达式。在此基础上，给出了最佳逼近解的定义，研究了最佳逼近解的存在性和唯一性，给出了最佳修正质量矩阵和刚度矩阵的具体表达式，讨论了保证修正后的质量矩阵和刚度矩阵仍具有带状性质的方法．数值计算表明，本文方法具有较高的修正精度，对于大误差模型也有较好的修正能力。     

An inverse approach to determine the constitutive model parameters from axial crushing of thin-walled square tubes

Knowledge of the behaviour of structural components is essential for their design under crash consideration. Constitutive models describe their material behaviour in finite element (FE) codes. These constitutive models are in relation to the material parameters which have to be determined. The strain rates commonly observed in crash events are in the range of 0–500 s^-1. Classic experimental devices such as Hopkinson’s bars do not easily cover this range of strain rates. An inverse numerical approach based on the experimental quasi-static and dynamic axial crushing of thin-walled square tubes has therefore been developed to determine the constitutive model’s parameters. The inverse method is applied in this paper in two stages to determine the power type elastic–plastic constitutive model’s parameters and the Cowper–Symonds constitutive model’s parameters. The identified power law is compared with the results obtained by quasi-static tensile tests and shows that the identified parameters are intrinsic to the material behaviour. The Cowper– Symond’s parameters identified by this method are then used in FE simulation to predict the dynamic response of the same square tube subjected to bending loading. The results obtained show a good correlation between the experimental and numerical results.