A methodology for identification of damage in beams

In this work, a parameter based on correlation of signals using mathematical morphology and other two parameters based on energy of a vibration signal using wavelet transform and bispectrum theory are used for approximate location of damage in a steel clamped-free beam. The experimental data are obtained through accelerometers placed along the sample. The system is excited using impact hammer. A preliminary location of the damage is found using the position of the accelerometer that has a higher energy change when it is compared to the signal of the system with and without damage. The mathematical models are obtained using 2D elasticity theory and the finite element method. The numerical and experimental data are approximated using the particle swarm optimization method, and this way, it is possible to adjust the location and severity of the damage. The procedure is also applied to a free–free steel beam with two damages and a sandwich beam.     

基于神经网络的耳片疲劳损伤状态分析系统

分析了影响耳片结构疲劳状态的主要因素,把这些因素归纳为静强度,抗疲劳设计与制造以及使用过程中的疲劳积累三大类。采用多层B－P人工神经网络结构,构造了能映射各因素与总体效果影响的人工神经网络系统,该系统采用了一个主网络和两个子网络的结构,降低了状态空间的维数,提高了运算速度,较好地反映了实际结构的疲劳失效机理,为耳片结构的疲劳评估提供了一种较客观的方法。     

抗冲击瓦结构舰船毁伤效能评估研究

针对舰船毁伤效能评估问题,进行了抗冲击瓦结构舰船毁伤效能评估方法研究。研究结果显示,炸药爆炸威力及目标易损性构成了不可偏废型舰船毁伤效能评价指标体系,爆炸威力赋值可通过炸药TNT当量及舰船排水量计算得出,抗冲击瓦抗毁伤性能评估值可采用灰色层次分析法计算,采用文中给出的毁伤效能计算方法能够实现抗冲击瓦结构舰船毁伤效能的量化评估。     

城市供水管网系统抗震功能可靠度分析

借鉴结构可靠度分析方法,给出了供水管网抗震功能可靠度分析的一次二阶矩方法.将渗漏面积作为供水管网管线震害的量化参数,使得震后供水管网的功能能够通过带渗漏供水管网的水力分析结果加以反映.通过引入供水管网系统随机水力模型,建立了渗漏面积为随机参数时管网节点水压的均值及方差计算格式.应用一次二阶矩方法,得到供水管网系统的抗震功能可靠度.通过实例分析反映了随机参数的相关系数对管网抗震可靠度的影响,并且比较了均值一次二阶矩法和改进一次二阶矩法的计算结果.     

RC框架结构多层次地震损伤演化分析方法

为掌握地震作用下结构在破坏过程中由材料至整体结构不同层次的非线性状态,基于单元耦合技术、多层次损伤性能水准、多层次地震损伤模型,提出了RC框架结构多层次地震损伤演化分析方法。根据耦合界面上能量平衡原理建立的单元耦合技术,能够同时准确计算结构整体力学性能和局部破坏细节,可用以结构多层次损伤数值模拟。按照“材料、截面、构件、楼层、结构”不同层次的破坏特征,提出了作为损伤性能评价标准的多层次损伤性能水准,且统一定义为五个水准。基于变形等价原理和广义力-变形曲线,建立了多层次地震损伤模型,其在各层次上具有一致的力学意义。以某原型RC框架结构试验为分析对象,详细阐述了结构多层次地震损伤演化分析方法。     

多个关键部件产品的破损边界

目的 得到矩形冲击下具有多个关键部件产品的破损边界，并分析破损边界在线性和非线性（正切型和双曲正切型）情况下的变化规律以及影响因素。方法 首先，使用集中质量法建立多自由度离散包装系统模型；然后，运用牛顿第二定律推导系统动力学方程，经无量纲处理后获得系统的无量纲动力学方程；最后，应用四阶龙格库塔法进行求解，获得系统的动力学响应，得到破损边界。结果 相较于线性包装材料，双曲正切型缓冲包装材料可以扩大包装件的非破损区，而正切型缓冲包装材料则相反，且影响程度与非线性参数成正比；在特定情况下，不同关键部件的破损边界曲线存在相交情况。结论 不同类型的冲击会导致不同关键部件的破损，实际物流过程中要考虑所有关键部件的保护。     

基于参数识别的结构损伤概率诊断方法

为解决观测噪声等不确定性因素影响下确定性损伤识别方法的损伤误判问题,提出了结构损伤识别的概率可靠度法。通过正则化修正改善参数识别问题的不适定性,利用数据摄动和蒙特卡罗法研究观测噪声对参数识别结果的影响并获得各待识别参数的统计特征,在此基础上基于概率统计理论推导了损伤概率的计算公式。根据损伤识别试验验证了方法的有效性和准确性,分析并比较了概率可靠度法和确定性方法的损伤识别结果。试验研究表明,损伤识别的概率可靠度法能够显著改善传统确定性损伤识别方法的损伤误判问题。     

基于应变模态响应重构的损伤识别方法EI北大核心CSCD

土木结构的损伤识别技术对提升结构可靠性与安全性具有重要意义,也是土木结构健康监测研究中的热点问题。现有的损伤识别方法往往需要识别模态参数,或者需要准确获取结构外部载荷信息,极大限制了相关方法在实际工程中的应用。为克服现有方法的局限性,该文将结构动态响应重构方法引入到损伤识别中,提出了基于应变模态响应重构的损伤识别方法。构建结构健康状态的有限元模型,以损伤结构测量的信号输入,通过基于经验模态分解的应变重构方法,可以获取使用无损伤模型的结构全局模态响应。以传感器采集的模态响应和重构模态响应的差异作为有限元模型修正的依据,通过应变模态比值构建的传递率的灵敏度矩阵进行迭代运算,求得损伤位置及损伤程度。该方法无需获取结构的外部激励信息,通过高效的时域应变重构,能够在少量测量信号下实现对结构损伤的精确识别。为验证该方法的准确性和高效性,开展了连续梁单一损伤和多损伤识别研究,探讨了测量噪声和模态阶次选取对识别结果的影响,结果表明,该方法能够准确、高效识别不同程度的损伤,对测量噪声具有较强的鲁棒性。     

梁裂缝损伤检测的模态应变能法及试验研究

结构裂缝存在将使其局部刚度减少,而局部刚度下降与其固有频率变化紧密相关。应变能对局部损伤较固有频率更为敏感。把结构遭受裂缝损伤的应变能变化量作为损伤指标,提出一种全新的无损裂缝识别方法。并把影响损伤指标因素与假设检验相结合,利用参数假设检验进行识别结果验证。用简支梁模型进行模态试验,将梁损伤前、后的模态参数提取,并用该方法进行裂缝位置及裂缝深度参数的识别。结果表明,该损伤检测方法识别结果精度较高,将其用于裂缝损伤检测是可行的。     

基于接触模型和峭度最优Laplac小波的滚动轴承量化诊断

研究了滚动轴承损伤量化诊断中的正反问题。通过轴承界面相互作用的动态接触理论及摩擦学系统行为的研究,运用振动传递路径表征物理模型。该模型计及负荷分布、游隙的影响,考虑接触滑移、分离作用,由表面轮廓变化描述局部损伤扩展,由测量信号修正模型参数,实现真实工况下轴承运行与模拟研究的有机结合。通过正问题求解构造峭度最优Laplace小波来提取无量纲指标,进而形成损伤矩阵数据库。将反问题计算转化为多维优化问题,利用灰色关联度寻优求解出与输入值几何最相似的样本点,进而测出轴承损伤的位置和具体尺寸。最后的实例分析表明,本文方法具有较好的精度和鲁棒性,且易于在工程实践中推广。     

An orthotropic variant of the equilibrium gap method applied to the analysis of a biaxial test on a composite material

In this paper, it is proposed to apply the equilibrium gap method to orthotropic composite materials to retrieve damage laws from measured displacement fields. A finite difference implementation method is first proposed. A linear system is formed, for which the unknowns are piecewise constant orthotropic rigidities, while the measured displacements are input (known) data. In this example, a cruciform specimen is considered for biaxial test. It is shown that, by referring to FE computed displacement fields a prescribed contrast map can be identified. Corrupted artificial displacement fields obtained through non-linear simulations are also used. When considering shear damage, a procedure using estimated contrast maps to identify a damage law is validated. An experimental biaxial test on a 2.5 C/C composite is finally analysed following the proposed approach. For each unloading step, a contrast map for all moduli is obtained from full-field measurements. By assuming that the shear moduli contrasts result from a damage mechanism, one subsequently obtains damage maps, and therefore, a growth law. The results are first validated by comparing measured and FE reconstructed displacement fields, and by comparing the identified damage fields with post-processed ones.     

基于加速度频率响应函数的结构损伤测量方法研究

提出了一种利用加速度频响函数对结构的损伤进行定位和定量分析的方法，该方法分别利用试验测量和模型计算所得的加速度频响函数对动力学模型的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼系数进行修正，使修正后模型的加速度频响函数与试验测量所得的相一致，利用其修正的差值即可对结构的损伤进行定位和定量分析。该法具有明确的物理意义，避免了模态分析，便于形成实时监测系统。数值算例检验了方法的有效性和精度。     

Strain Localisation and Damage Measurement by Full 3D Digital Image Correlation: Application to 15‐5PH Stainless Steel

Abstract: The objective of this paper is to propose a method for measuring damage in ductile materials, from its inception to rupture. In the first stage of damage, which occurs before localisation, the usual method for determining damage through the measurement of stiffness variation is used. A damageable elastic–plastic model of the modified Lemaitre/Chaboche type is identified from these tests. An original method is proposed for measuring damage following the initiation of strain localisation. This method is based on a full 3D image correlation analysis using four cameras. The principle of the method consists in identifying the damage through tensile experiments on thin, flat‐notched specimens subjected to tensile loading. Speckles are applied on both faces of each specimen in order to follow the strain fields on the two faces at the same time. These two strain fields are digitised simultaneously by two synchronised sets of two digital cameras. This paper shows how this method enables one to identify strain localisation and deduce the evolution of damage directly. Here, the method is developed for 15‐5 PH stainless steel.     

基于能量系数的分层装配柔性支撑钢结构体系抗震设计与评估方法

对为了实现分层装配柔性支撑钢结构体系的损伤控制行为,在建立结构体系损伤控制阶段的能量系数抗震需求指标概率模型的基础上,提出了基于能量系数的考虑抗震需求参数概率模型的抗震设计方法与评估流程。选取了一个典型的三层分层装配柔性支撑钢结构体系对所提出的设计与评估流程进行演示说明,分析结果表明：通过该文提出的抗震设计与评估流程所设计的结构能够实现损伤控制的性能目标,即损伤集中在易于更换的柔性支撑中,主框架保持弹性,从而使结构震后没有明显的残余变形。并进一步通过弹塑性时程分析验证了该方法的合理性。     

考虑结构损伤的消能减震结构能量设计方法

与基于承载力和基于位移方法相比,基于能量的抗震设计方法能够更为全面的评估结构抗震性能。该文从能量的角度提出了一种考虑主结构损伤耗能的简化抗震设计方法,将结构滞回耗能设计由阻尼器和主结构共同承担,并据此用等效阻尼比将损伤引入到主结构,通过延性系数建立了结构损伤指数与等效阻尼比之间的关系,给出了阻尼器耗能求解公式及设计流程。该方法无迭代过程,且能在设计之初实现主结构的损伤控制。算例表明,该方法简单、实用,为消能减震结构设计提供了一个新方法。     

基于缩聚模态应变能与频率的结构损伤识别

在结构损伤识别中,测试振型往往是不完整的,这阻碍了结构损伤识别技术的应用效率。提出了一种采用缩聚应变能与频率相结合的损伤识别定性与定量方法。采用基于Neumann 级数展开的方法对有限元模型进行缩聚,定义了单元缩聚模态应变能,并证明了缩聚模态应变能的变化对损伤的敏感性;将单元缩聚应变能变化率作为标识量来识别损伤的位置;在损伤位置初步判定的基础上,采用特征值灵敏度法求解损伤程度。以一简支钢梁为例证明了所提出的方法。结果表明:在测量模态数据有误差的情况下也能较好地给出损伤识别结果。     

基于损伤敏感指标的斜拉桥结构损伤定位研究

研究斜拉桥结构的损伤位置识别问题。首先根据斜拉桥结构的受力特点,将其视为由斜拉索、主梁以及索塔组成的组合结构,对于斜拉索和主梁分别提出了广义模态应变能指标、位移灰关联指标以及索力变异指标等多种损伤敏感指标,并就观测噪声水平和损伤程度耦合影响下各损伤敏感指标的定位效果进行了系统研究。为提高存在观测噪声条件下损伤识别的可靠性和准确性,将证据理论引入损伤位置判别的决策过程,提出了基于多源损伤证据的损伤定位方法,实现了基于多源损伤信息的损伤定位。通过算例验证了所提出方法的有效性和优越性。     

基于加速度响应相关性的结构损伤识别方法

通过推导证明了加速度响应的相关特性包含结构的模态信息,与结构损伤的程度和位置相关,提出加速度响应相关特性作为结构损伤因子的损伤识别方法,以该指标作为BP神经网络神经元,判断结构的损伤程度和损伤位置。利用有限元分析证明了该方法的有效性,通过试验研究验证了该方法的适用性。     

A numerical method to simulate ductile failure of tensile plates with interacting through‐wall cracks

This paper proposes a simple numerical method to simulate ductile failure behaviours of tensile plates with interacting through‐wall cracks. The method is based on the finite element damage analysis using the stress‐modified fracture strain damage model. To validate the proposed method, simulated results are compared with a total of 23 published experimental data of flat tensile plates with interacting through‐wall cracks. Despite its simplicity, the proposed method well predicted the experimental maximum loads of tensile plates with interacting cracks, including the loads for crack coalescence. Systematic analyses are also performed to investigate the effect of the element size used in the finite element damage analysis.     

基于结构响应统计特征的神经网络损伤识别方法

提出一种采用结构动态响应的统计特征作为损伤指标的神经网络损伤识别方法,并对其进行了数值模拟和实验验证。首先,通过敏感性分析,分析了采用结构动力响应的统计特征作为损伤指标的可行性;然后数值模拟了一三跨连续梁采用结构位移方差作为损伤指标的神经网络损伤识别过程,其结果表明,经过训练的神经网络可以准确的识别出单损伤和多损伤工况中的损伤位置和损伤程度;最后进行一组两端固定的简支梁模型实验来验证所提出损伤识别方法的有效性。实验结果表明,对于单损伤工况,神经网络可以准确地识别出结构中损伤位置和损伤程度,对于双损伤工况,神经网络可以准确地识别出损伤位置,而损伤程度识别略有偏差。最后得出结论,采用结构动力响应的统计特征作为损伤指标的神经网络损伤识别方法是可靠有效的。