基于分形的结构损伤检测方法

将分形维数用于结构损伤检测。研究结果表明,结构不同状态下的振动信号的分形维数有明显的不同,可以将分形维数作为结构损伤检测的特征量,为结构的损伤检测技术提供了一个新的分析方法。     

超级分形管分形维数的上限与下限

超级分形管在结构和几何上都具有很强的自相似性,因此,通过选择一个特殊的覆盖单元——一个管就可以基于数格子法计算它的分形维数,推导出基于各级的拓扑结构分别为Zigzag和armchair的超级分形管的分形维数公式。虽然只有有限级的超级分形管在工程是可用的,但其结果为设计新型的超级分形天线、超级分形格栅以及分形电路中的电子器件提供了思路和启发。     

分形公差理论及其分形维数的计算方法

 从产品性能公差设计的角度探讨分形公差理论的建模、分析、设计等有关方法, 着重研究分形维数的计算理论和工程方法。     

分形维数和弹性模量衰减表征2D-C/SiC的拉伸蠕变损伤

真空条件对2D—C／SiC复合材料在1300℃和1500℃进行了高温拉伸蠕变试验，蠕变进行到0、0．5h、2h、10h、25h、50h中断试验，用SEM观察表面形貌，用盒维数法计算试样表面裂纹的分形维数；同时测量试样的弹性模量。结果表明，由于2D—C／SiC特有的蠕变损伤形式，所形成的损伤尺度都较短，其分形维数介于0～1之间。用分形维数和弹性模量衰减都可表征2D—C／SiC的蠕变损伤，两种损伤参量所描述的蠕变损伤总的发展趋势基本一致，即蠕变开始阶段损伤发展较快，随后进入缓慢发展的第二阶段。在第二阶段中，分形维数表征的损伤持续单调增加；而用弹性模量衰减表征的损伤在该阶段出现先下降随后升高的现象。以基体裂纹为主要损伤形式的条件下。分形维数主要反映蠕变试样局部的损伤，而弹性模量衰减反映的是蠕变试样整体的损伤。     

一类二元分形函数及其维数

基于一元不可微函数,本文首先构造了一类二元分形函数,然后研究了这类函数图象的分形维数。给出了这类函数图的box维数、packing维数以及Hausdorff维数的若干结果。     

粗糙表面轮廓的分形维数计算

本文介绍了粗糙表面轮廓盒维数的计算方法，并指出分形轮廓曲线的盒维数在１和２之间，而且其数值与取样长度、采样点数及测量仪器的分辨率均有关系．     

分形维数在判断海洋锋强度中的应用

提出一种用计算维数值预报海洋锋强度的方法。给出了用分形维数描述海洋锋强度的理论依据,介绍了分形维数的计算方法及现有的海洋锋强度的判断方法。应用网格法,以HOOM海洋锋模型和我国东海黑潮锋区的三维声速场数据为例,计算了三维声速场中不同深度、时间的声速等值线的分形维数,得出HOOM模型海洋锋声速场分维值在1.07和1.60之间,我国东海黑潮锋区分维值在1.04和1.30之间,无锋时声速等值线分维接近于1;分形维数可以表征海洋锋强度,维数值随锋强度的变化而变化的结论。     

裂纹梁无效损伤位置的理论分析和实验研究

以两端固支裂纹梁为例,通过理论和实验方法探讨无效损伤位置。首先将梁的裂纹模拟为无质量的等效扭转弹簧,得到裂纹梁的特征方程,并求解特征方程解得固有频率。数值计算结果表明,某阶模态的无效损伤位置就是该阶模态固有频率与裂纹深度无关的位置,并且该位置出现裂纹时无法通过计算相应模态的曲率模态差来判断是否出现损伤。不同阶模态的无效损伤位置也会不同。随后用质量块模拟裂纹进行实验研究,利用移动质量块的方法模拟不同损伤位置得到的梁固有频率曲线,与健康梁固有频率对比,从而得到梁的无效损伤位置。最后将质量块放置在梁无效损伤位置上模拟裂纹,实验测得该梁的曲率模态,实验结果表明:当质量块布置在梁某阶无效损伤位置时,梁该阶固有频率几乎不发生变化,且相应模态的曲率模态差无法检测出损伤信息,与数值计算结果相符。     

三角形菱柱表面积法在材料断面分形维数测算中的应用

分形维数是材料断面特征的定量表征参数之一,同时也是判断材料断裂机理的依据,在材料力学中具有非常重要的意义。为了准确和有效地测算材料断面分形维数,引入三角形菱柱表面积法(TPSAM),并根据其原理编写程序,在Matlab 7.1运行环境条件下实现了该算法,最后采用实例对该算法作了测算。结果表明,该程序简单明了,便于操作;所求算的表面分形维数介于2~3之间,准确度高,可推广使用。     

盒维数的肠道压力数据分形分析

对肠道压力数据进行分形特性的分析,通过对结肠压力数据进行预处理,采用盒维数计算正常受试者和异常受试者结肠压力数据的分形维数.结果表明,该方法基本能够区分正常的和异常的结肠压力信号,可以作为判断肠道动力性能的辅助手段.     

Frequency Shift Curve Based Damage Detection Method for Beam Structures

Vibration based damage detection methods play an important role in the maintenance of beam structures such as bridges. However, most of them require the accurate measurement of structural mode shapes, which may not be easily satisfied in practice. Since the measurement of frequencies is more accurate than that of mode shapes, this paper proposes a frequency shift curve (FSC) method, based on the equivalence between the FSC due to auxiliary mass and the mode shape square, which has been demonstrated to be effective in structural damage detection. Two damage indices based on the FSC are developed, which are called the local outlier detection index and the global outlier detection index, respectively. The efficiency and reliability of the proposed method are demonstrated by numerical simulations and experimental results. Compared with traditional methods, this method can provide reliable results without the requirement of fixing many sensors on the structure.     

柱壳结构损伤识别方法

摘 要:对柱壳结构的损伤部位和程度进行识别是柱壳结构进行安全性评定的一个重要环节。本文对柱壳结构损伤前后动力特性进行了分析,采用摄动法推导了由于单元损伤引起的各阶模态振型改变系数;推导了模态应变能变化与单元损伤之间的关系;采用单元模态应变能的变化率作为柱壳结构损伤诊断的标识量,证明了单元模态应变化率对损伤的敏感性。对柱壳结构损伤识别方法进行了研究,所提出的方法仅需要量测的低阶模态信息和刚度矩阵就能完成结构的损伤识别。最后,以一混凝土柱壳结构为工程实例,对其在不同损伤情况下的损伤进行了分析,结果表明,所提出的损伤识别方法能够很好地识别不同损伤组合下的损伤部位和程度,同时能较好地识别结构小损伤,因而证明了本文所提出的方法的正确性和有效性。 关键词:柱壳结构;损伤识别;动力特性;损伤标识量;模态应变能     

Matrix Crack Detection in Composite Plate with Spatially Random Material Properties using Fractal Dimension

Fractal dimension based damage detection method is investigated for a composite plate with random material properties. Composite material shows spatially varying random material properties because of complex manufacturing processes. Matrix cracks are considered as damage in the composite plate. Such cracks are often seen as the initial damage mechanism in composites under fatigue loading and also occur due to low velocity impact. Static deflection of the cantilevered composite plate with uniform loading is calculated using the finite element method. Damage detection is carried out based on sliding window fractal dimension operator using the static deflection. Two dimensional homogeneous Gaussian random field is generated using Karhunen-Loeve (KL) expansion to represent the spatial variation of composite material property. The robustness of fractal dimension based damage detection method is demonstrated considering the composite material properties as a two dimensional random field.     

Local Damage Detection with the Global Fitting Method Using Mode Shape Data in Notched Beams

Damage in a structure alters its dynamic characteristics such as frequency response functions and modal parameters. The present study extends the ‘gapped smoothing method’ for identifying the location of structural damage in a beam by introducing the ‘global fitting method.’ The procedure uses only the mode shape data obtained from a damaged structure with an assumption that the undamaged structure is homogeneous and uniform and the damage size is small. The sensitivity of damage detection algorithm is evaluated using a finite element analysis (FEA) of a few beams having a notch. Structural irregularity index (SSI) was used to identify the locations and size of damage. The ability to detect damage was enhanced by averaging SSI over a few modes. A statistical procedure was applied to identify damage with respect to background noise. A methodology and quantitative criteria was developed to select the optimum excitation grid spacing. Numerical results showed that the present method can detect both narrow (13 mm width) and wide damage (126 mm width) associated with less than 3% local thickness reductions. Experimental results validated the numerical results and detected the depth to thickness ratio about 41% and 35% for the wide and narrow notch beams, respectively. The present method showed improved resolution on detecting the location and size of damage in a beam over the previous methods using mode shape data reported in literature.     

结构损伤的遗传神经网络检测方法

将遗传算法与神经网络相结合,用遗传算法完成神经网络的学习过程,建立了结构损伤的遗传神经网络检测方法,并对遗传算法进行了改进.研究结果表明,用改进的遗传算法进化神经网络可以有效地避免BP算法有可能陷入局部极小的缺点,而且运算速度大大加快,精度提高.     

《用无偏估计方法计算简支梁的频响函数》

利用不相关信号的互功率谱多次平均趋于零的性质，推导出多输入多输出频响函数无偏估计算法，用MATLAB语言编制了该无偏估计算法的程序。使用动态信号测试系统进行了简支梁的多点激励和多点响应的振动测试，并利用MATLAB程序对实测信号进行了计算，得到了测试对象的以频响函数。利用有限元方法计算了测试对象的频响函数，对多输入多输出频响函数无偏估计算法进行了验证。     

基于小波分析的结构损伤检测

损伤结构的动力特性具有局部时变的特征，小波变换在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力，小波包分析利用可以伸缩和平移的可变视窗能够聚焦到信号的任意细节，因此可以对损伤结构的非线性动力特性能进行有效的分析。提出运用小波分析提取结构损伤特征向量的方法和基本原理，并进一步用神经网络进行损伤位置和程度的检测。文章通过一个两层框架的模型对小波神经网络和传统的BP网络的损伤识别精度作了对比。研究表明，小波神经网络的抗噪声能力较强，损伤识别的效果更好，运用小波神经网络进行结构损伤识别精度要优于传统的BP网络。     

分形与几何特征融合的转子故障特征提取方法

转子系统故障信号是典型的非线性、非平稳信号,分形几何为描述转子系统故障信号的特性提供了一个分析工具,但仅仅依靠分形维数无法有效的提取转子系统的故障特征。本文引入紧密度和丰度两个量,与基于的分形维数一起,对转子系统故障信号进行分析;最后采用神经网络技术对转子系统的正常、不对中、不平衡、碰磨、松动五种不同的运行状态进行分类识别。实验结果表明,通过对分形维数和紧密度、丰度的联合可较好地评定和区分转子系统的运行状态。     

《基于谱元法的梁结构中Lamb波传播特性研究》

把谱元法应用于结构中弹性波的传播的模拟,建立基于二维谱元法的梁结构模型,提出模拟结构裂纹损伤的节点分离法;研究无损伤和含有损伤的铝合金梁结构中Lamb波的传播规律,通过和理论解对比,验证谱元法模拟结构中Lamb波传播的有效性;研究不同程度损伤对响应信号的影响,探讨了梁结构损伤识别方法。结果对基于Lamb波的结构损伤识别方法的研究具有借鉴意义。