一种两阶段结构损伤识别方法研究

采用曲率模态结合模态应变能对结构的损伤位置和损伤程度进行了识别研究。首先采用改进的曲率模态识别出结构损伤的大体位置,然后采用模态应变能方法对损伤位置的单元进行损伤程度识别。在损伤程度识别时考虑了功能强大的BP神经网络方法。最后,为了验证该方法的有效性,采用了一数值模拟案例进行分析。数值模拟结果表明:曲率模态能够有效地识别出结构的损伤位置,模态应变能能够有效地识别出单元的损伤程度。     

功能梯度梁临界荷载与固有频率的微分求积法计算

运用微分求积法(DQM)研究了轴向功能梯度变截面Euler-Bernoulli梁的屈曲临界荷载和固有频率,以及轴向荷载对功能梯度变截面梁固有频率的影响.首先基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了求解功能梯度材料Euler-Bernoulli变截面梁屈曲临界荷载和固有频率的变系数常微分方程;然后基于微分求积法原理将梁的变系数常微分方程的特征值问题转化为一组线性代数方程组的特征值问题;再由QR法计算获得功能梯度变截面梁的屈曲临界荷载和固有频率.数值计算结果表明,采用等步长均匀网格时,微分求积法计算数值不稳定甚至失真,而用变步长非均匀网格获得计算值精度较高,如切比雪夫多项式的根作为离散节点分布形式;研究还表明,轴向拉力使梁的固有频率增大,压力使梁的固有频率减小,当第1阶固有频率为零时,对应的轴向压力即为梁的屈曲临界荷载.     

连续梁桥损伤诊断的单元模态能量比法研究

运用摄动理论,对一四跨连续梁桥有限元模型,进行了各单元损伤时前四阶弯曲振动的特征值灵敏度分析。利用单元局部频率变化率法和单元模态应变能比法,对连续梁桥进行了损伤诊断的数值模拟研究。结果表明,单元模态应变能比法能够更为准确地对损伤进行诊断,而只利用单元对应的某一阶应变能比时,诊断结果受单元位置的影响。最后,还分析了单元刚度和初始模态信息的误差对损伤诊断结果的影响。     

基于损伤模态识别法的复杂采空区群中薄弱单元甄别

为甄别复杂采空区群中的薄弱单元,以某地下石灰石矿山采空区群为工程实例,通过构建离散振动力学模型,和应变改变量相关影响因素分析,创新地提出薄弱单元损伤模态识别法,给出甄别流程,并从算例计算和工程实际应用两方面验证其可靠性。研究结果表明：自振频率和应变模态的甄别指标能准确识别采空区群中的薄弱单元;单体和双体单元损伤都会使采空区群的自振频率甄别指标I_M(k)值大于0,损伤区域的应变模态甄别指标I_N(x)值会明显出现凸起,随着损伤程度增大,I_M(k)值和I_N(x)峰值越来越大;仅顶板B1损伤时,高阶I_M(k)比低阶更灵敏反映损伤变化程度,第四阶指标识别效果更优;仅矿柱Z6损伤时,第二、四阶I_M(k)识别效果更优;B1和Z6共同损伤时,I_M(k)对B1损伤程度变化较于Z6更为敏感,第二阶I_M(k)识别效果更佳。研究成果为地下采空区群安全定量评估开辟了一条新方向。     

基于有限元与小波变换的弹性地基梁损伤识别方法研究

采用转角模态的小波分析方法研究了带刚度下降损伤段的弹性地基梁损伤识别问题.利用有限元分析求解带刚度下降段的模态参数,建立了基于转角模态小波变换识别弹性地基梁损伤的方法.以两端简支弹性地基梁为例,分别给出了地基梁无损伤、梁单独损伤、梁和弹簧同时损伤且损伤位置不同的有限元模型,计算得到了结构的转角模态,并通过转角模态小波分析来识别弹性地基梁内刚度下降段的位置.从识别结果发现,存在随机噪声的情况下,运用了转角模态小波变换方法,仍能识别出地基梁的刚度变化截面.数值算例证实了该方法的有效性和稳健性,研究结果对实际工程中的结构损伤诊断提供参考.     

多功能平面单元及其在结构分析中的应用

根据梁的基本假定导出了与平面应力(应变)问题形式相同的应力应变关系,并构造了4—8节点多功能平面单元。该单元把平面应变单元、平面应力单元、轴对称单元、平面梁单元和轴对称旋转壳单元有机地结合在一起。数值算例表明,该单元具有良好的数值稳定性和计算精度。     

基于应变模态和贝叶斯方法的杆件损伤识别

提出了一种基于空间杆系结构应变模态和贝叶斯统计方法的损伤识别方法。对于空间杆系结构,认为其杆件只承受轴向应力,因此,由节点位移可得出各杆件应变。文中采用一个转换矩阵来表示这种关系,进而得出应变模态的摄动矩阵。然后,对可能损伤的杆件乘以一刚度系数,由于应变模态误差能用高斯分布近似模拟,应用贝叶斯统计方法便可得到这些参数的概率密度函数。由此函数值的最大化构造目标函数进行优化,通过得到的各参数的最优解就能判断杆件的损伤状况。最后,通过数值算例对该方法进行了验证。     

绝对节点坐标梁单元弹性力建模及模态仿真的常见方法对比研究

通过理论推导和数值分析,研究二维绝对节点坐标梁单元在不同弹性力建模方法下的模态参数.介绍连续介质力学、增强连续介质力学以及应变分解法,并推导应变分解法应用的局限性,从理论角度说明了3种方法的特点.基于广义特征方程得到不同弹性力建模方法下的绝对节点坐标梁单元的4种固有模态,以简支梁结构为例,分析绝对节点坐标梁单元弹性力建模方法对4种固有模态的作用规律.不同弹性力建模方法下,横向低阶单元的4种固有频率相较横向高阶单元更高,表现得更“刚”.连续介质力学方法下,各单元的低阶剪切固有频率与解析解存在20%～30%误差,而应变分解法和增强连续介质力学方法能够将剪切固有频率的误差控制在4%内,提高单元收敛精度.     

基于能量法的简支钢梁损伤识别试验及有限元分析

针对目前梁式结构损伤识别中识别精度和实际应用方面存在的不足,以能量耗散理论为基础,对简支工字形钢梁的损伤识别进行了数值分析及试验研究。通过结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率与损伤前、后模态应变能变化之间的关系,推导出单元损伤变量的表达形式。研究结果表明：单元损伤变量只需要利用结构损伤前、后的模态振型即可算得,在实际应用中可通过模态扩阶技术解决实测自由度与理论自由度不匹配问题;该方法可准确识别出简支钢梁损伤单元的位置,并在一定程度上表征损伤程度。     

重力坝弹性参数反演的灵敏度分析及一种新的反演算法

依据结构灵敏度分析理论,采用基于有限单元法的解析灵敏度分析方法,对影响重力坝材料参数反演质量的位移观测点位置进行了研究,得到了坝顶位移最适合于反演大坝弹性模量的结论。同时引入一种新的群集智能优化方法—人工鱼群算法（AFSA）,根据大坝坝顶的增量位移进行混凝土大坝和坝基岩石材料参数的反演。算例分析表明：AFSA能够稳定快速地收敛到所求参数的全局最优值;同时加入不同水平的噪音对该算法的数值稳定性进行了研究,结果表明算法稳定性良好。     

应变梯度弹性〖WTBX〗理论C 1自然单元法

将Sibson插值作为三次单纯形Bernstein-Bézier多项式的自然邻近坐标,得到C ¹连续插值函数.将C ¹连续插值函数应用于应变梯度弹性理论.由于该函数对结点函数值和梯度值具有插值特性,应变梯度理论C ¹自然单元法可以直接施加本质边界条件.数值算例分析了双材料系统界面边界层问题和中心圆孔无限大板双轴拉伸问题,数值解与理论解吻合得较好,表明C ¹自然单元法能够用来分析应变梯度弹性理论问题.     

损伤定位中应变模态指标的改进研究

由于传统的应变模态差指标峰值大小随损伤程度而变化,在利用应变模态差指标作为神经网络输入来识别损伤位置时,就很可能产生误判,为消除损伤程度对应变模态差指标的影响,本文对应变模态差指标进行改进,并给予了理论证明,并通过悬臂梁数值仿真算例进行验证。验证结果表明,所建议的改进方法指标与理论研究一致。     

基于模态应变能方法的简支梁损伤识别研究

以一简支梁为例,用有限元软件ANSYS建模并进行模态分析,用模态应变能方法对其进行损伤识别研究,将模态应变能变化率方法与模态应变能指标结果对比分析,说明此模态应变能指标是有效的损伤识别参数.     

预应力混凝土梁模态分析的有限元软件实现

为建立预应力混凝土梁模态分析的有限元模型,以ANSYS有限元分析软件为例,提出预应力混凝土梁式结构在利用大型有限元软件进行模态分析时,可采用初应变法施加预应力,并且将混凝土受到的预压力影响转化为对单元材料弹性模量的影响,通过对变弹性模量的有限元模型进行模态分析,得到预应力混凝土梁在各级预应力下的自振频率和振型.通过与试验值对比可知,改进后的有限元模型可以用于预应力混凝土梁的模态分析.     

基于应变模态变化率的弯曲薄板结构损伤研究

以应变模态变化率作为识别参数,以弯曲薄板为研究对象,采用改变单元厚度的方法模拟结构损伤,应用有限元对结构进行模态分析和瞬态分析.模态分析获取板结构应变模态,以对称位置应变模态变化率的改变确定损伤,以改变值的差值大小判断损伤程度;瞬态分析以单元处应变模态变化率突变值,作为损伤定位和损伤程度判断.结果表明:应变模态改变率对于结构的损伤的敏感性强,易于定位.在此基础上给出了通过模态变化率直方图进行损伤识别定位的新方法,与应变模态的损伤识别方法比较表明验证该方法是有效的.     

弹性地基上Euler-Bernoulli梁的临界荷载计算

研究运用微分求积法(DQM)求解了弹性地基上功能梯度Euler-Bernoulli梁的屈曲临界荷载.首先基于Euler-Bernoulli梁理论,将弹性地基上功能梯度Euler-Bernoulli梁临界荷载的计算转化为一组变系数常微分方程的特征值问题,由微分求积法可以一次性地计算出Euler-Bernoulli梁的临界荷载.梁上离散节点采用非均匀等比数列和切比雪夫多项式的根两种布点方式,根据微分求积法计算梁的屈曲临界荷载时,二者的计算精度等价,且计算值与已有文献结果完全吻合,证明了微分求积法求解弹性地基上Euler-Bernoulli梁临界荷载的可行性和精确性.     

基于曲率模态和柔度曲率的梁结构损伤识别

选用模态柔度曲率差和曲率模态差进行损伤识别研究,提出一个基于曲率模态差的新指标。首先进行混凝土简支梁和三跨连续梁的损伤识别数值算例分析,然后以钢纤维混凝土简支梁为试验对象进行试验研究,最后通过数值与试验研究分析,结果表明,对于梁结构的损伤,曲率模态差较柔度曲率差更敏感;提出的基于曲率模态差的改进指标在一定程度上可以剔除曲率模态差的某些误判。     

结构损伤识别的残余向量法及数值仿真

为了找到对小损伤较敏感的参数,在结构自由振动微分方程基础上,利用广义逆和矩阵投影定理,导出了识别效果很好的残余向量投影范数.确定了损伤单元,计算了该损伤单元的损伤因子.算例分析发现,该参数对结构损伤非常敏感,能识别出结构中的微小损伤,而且不受损伤位置的约束,仅需要结构的前几阶模态就能达到很好的效果.     

阻尼系统动力分析的矩阵摄动法

本文以复模态理论为基础,给出了非回转阻尼系统及阻尼回转系统结构参数有微小改变时,相应的复频率和复模态一阶、二阶摄动公式.这对动力优化设计和复模态参数识别十分有意义,而且还可研究结构中各种参数改变时对频率和模态影响的灵敏度.最后给出了两个算例.     

基于正则化遗传算法的结构损伤识别

针对结构参数反演问题中存在的强不适定性,提出了一种基于响应面的正则化遗传算法。在识别结构损伤时,将结构单元刚度折减作为损伤指示量,以结构模型的模态参数与真实结构的模态参数尽可能接近为优化目标,采用遗传算法进行反演计算。优化求解过程中,响应面方法的引入极大地降低了结构模态参数的计算量;而目标函数中正则化项的引入则起到了抑制测量信号噪声干扰、提高识别算法鲁棒性的作用。梁式结构的损伤识别数值算例表明本文提出的损伤识别方法简明、有效。更多还原