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.     

空间单层网壳结构损伤杆件位置识别试验

为解决空间钢结构震后常发生杆件损伤的位置识别问题,设计一个单层网壳结构试验模型,切断单个杆件模拟实际结构的杆件损伤,对该损伤杆件进行位置识别研究.首先,根据空间钢结构自由度多,模态密集等特点,基于小波包能量分析法处理频率密集信号的优势,应用单层钢网壳结构损伤前后两个监测阶段的加速度响应数据,建立抗噪性能和灵敏性较好的损伤杆件位置识别指标向量.再应用有限元软件ANSYS建立17组不同位置杆件损伤的数值分析模型,分别获得17组有限元模型损伤前后的加速度响应数据,通过小波包分析处理后将其损伤指标向量作为损伤识别样本库,再将具有单个杆件损伤试验结构的加速度响应数据处理后得到的损伤识别指标向量与损伤样本库中各杆件损伤位置的指标向量进行聚类分析,识别出实际结构杆件有可能的损伤位置.该方法能够快速识别出实际结构中损伤杆件可能损伤的区域位置,试验结果也验证了方法的可行性和有效性,为后续工程应用研究提供了理论和试验支持.     

基于模态分析的网架损伤识别

目的 探讨基于振动模态分析的结构无损检验技术及"频率变化平方比"的损伤识别方法,对网架结构进行损伤识别.方法 利用结构动力参数的改变进行损伤诊断,将"频率变化平方比"的方法用于网架结构的损伤识别中,将杆件的损伤通过杆件截面积的缺蚀体现出来,通过有限元分析方法编写的程序来模拟实际网架结构,对其进行模态分析,求出其位移模态和自振频率,来识别网架不同位置的损伤.结果 结构损伤使其刚度、质量和振型随之变化,结构的每一个部位的物理特性对结构的模态参数均有不同的影响,该影响构成了模态分析识别结构损伤的基础.结构的"频率变化平方比"包含了结构损伤程度和位置信息,仅是与结构损伤的位置有关的量,故可以用它来进行结构损伤定位.结论 作为一种网架损伤的数值模拟,对于杆件截面积缺蚀可以正确识别,是网架杆件损伤识别一种较为有效且简便可靠的方法.     

基于模态试验的碰撞传感器安装位置分析

介绍了模态试验的相关理论、方法。利用频率响应分析方法,对车辆B柱、ECU处进行模态锤击试验。分析了B柱、ECU处等的动刚度曲线,确定了加速度传感器在车辆碰撞试验中的安装位置。并通过正面碰撞试验分析不同位置加速度传感器采集数据的有效性,进一步确定B柱下部靠近门槛处及ECU处为加速度传感器的合理安装位置。     

网壳结构损伤识别理论及仿真研究

针对网壳结构特点,引入敏感模态的概念,提出利用模态置信准则确定局部损伤所对应敏感模态的算法,推导了剩余模态力的表达式,利用敏感模态进行损伤位置识别.采用最小秩摄动理论定量评估结构的损伤程度,与Baruch方法及Berm an方法进行比较分析.实际网壳工程的数值模拟结果表明,本文方法不仅可以识别单位置损伤还可以识别多位置损伤,不仅可以评估刚度变化还可以评估质量变化,对网壳结构的健康诊断是可行的.     

响应残差校验的载荷识别方法

机械结构受到的载荷难以直接测量,需要通过结构的频率响应函数以及实际工作状态下的响应求得.但是当结构所受载荷为内部激励时,导致频率响应函数无法通过测试获得.基于此,介绍了一种适用于工程实际的载荷识别方法,包括"实验模态修正有限元模型、最小二乘法求逆载荷识别、响应残差校验"3个步骤,设计了实验台架验证该方法的可行性.根据实验模态修正实验台架的有限元模型;选取不同测点,基于最小二乘理论识别载荷,分析了响应测点数目和位置对识别精度的影响;响应残差曲线与以力传感器测量得到的载荷误差曲线的变化规律一致,从而验证了响应残差是一种评价识别精度的有效手段.对台架进行实验和仿真计算验证了该方法的可行性,对工程实际具有一定的借鉴.     

梁式结构损伤诊断应变模态理论研究与仿真分析

运行中的建筑结构的损伤诊断方法是目前工程界关注的热点问题之一。分析了位移模态、应变模态与曲率模态3者之间的关系,以一混凝土悬臂梁为研究对象,用ANSYS有限元软件,建立了仿真模型,通过对不同损伤位置和不同损伤程度工况的模拟,进行结构损伤辨识研究,旨在通过结构损伤前后的位移模态和应变模态的振型比较,揭示应变模态在结构损伤诊断中的规律,为使用中的大型建筑结构损伤诊断研究提供理论借以参考。     

梁式结构损伤诊断应变模态理论研究与仿真分析

运行中的建筑结构的损伤诊断方法是目前工程界关注的热点问题之一。分析了位移模态、应变模态与曲率模态3者之间的关系,以一混凝土悬臂梁为研究对象,用ANSYS有限元软件,建立了仿真模型,通过对不同损伤位置和不同损伤程度工况的模拟,进行结构损伤辨识研究,旨在通过结构损伤前后的位移模态和应变模态的振型比较,揭示应变模态在结构损伤诊断中的规律,为使用中的大型建筑结构损伤诊断研究提供理论借以参考。     

多尺度结构动力方程及其在损伤识别中的应用

以一个三层框架结构为研究对象，分析了结构发生损伤时其动力参数的变化特征.应用小波变换，推导了多尺度结构动力方程来分析结构动力系统中的损伤识别.面向结构损伤识别，描述了多尺度动力方程能获得更丰富的结构参数变化信息.根据时变动力系统的结构损伤识别数值计算的特点，应用状态空间法来对结构损伤动力过程进行数值模拟.通过不同激励荷载下的损伤数值模拟和损伤时域识别，研究了多尺度损伤识别的两个关键性问题：不同位置的传感器对损伤预警的敏感性；系统输入荷载频率成分对损伤信息分布的影响.所进行的研究对于在基于小波分析的结构健康监测中合理选择传感器位置、采样频率及确定信号分解的尺度数具有理论指导意义.     

基于激光条带追踪的桥梁振动非接触测量方法

针对基于计算机视觉的结构位移测量方法存在对靶点要求高及光照依赖性强的问题,提出了一种通过竖直投射激光条带于桥梁结构表面,追踪光带中心以分析桥梁振动的新方法。通过大功率线激光器投射激光线至梁底面或顶面,倾斜拍摄激光线连续影像,利用改进灰度重心法亚像素追踪激光条带中心线位置在图像上的改变,几何换算得到桥梁振动位移时程曲线,进而可分析获得桥梁结构的动力参数。在室内实验条件下对简支梁模型桥进行了锤击强迫振动试验,以SONY 4K摄像机作为影像采集设备,LVDT位移传感器和加速度传感器作为传统数据采集设备进行了同步数据采集实验。分析结果表明,动位移测量结果以LVDT采集数据为参考,SONY摄像机所得结果相对误差极值为3.17%。模态分析结果以加速度传感器为基准来比较,摄像机对前二阶频率识别的相对误差极值为1.81%,表明动位移测量与低阶模态参数识别都取得了理想的效果,不同于加速度传感器所得模态振型空间精度受限于传感器数量,本文方法所得模态振型空间精度可达像素级,且几乎无环境光照改变干扰实验结果的困扰。该方法为非接触测量以识别桥梁自振特性提供了一条经济高效的新思路。     

基于小波和图论的空间结构传感器优化布置

针对小波智能方法的特点并运用图论理论，将空间结构或其一部分抽象为有向图。根据各杆件的连接关系确定距离矩阵，并运用Floyd算法，综合考虑结构模态动能和模态应变能等参数，提出了一种新的传感器优化布置方法。应用该法对一个单层网壳进行了传感器优化布置，通过数值模拟对节点上的加速度传感器信号进行特征提取，并运用支持向量机进行了损伤识别，通过对比分析，验证了所提出的传感器优化布置方法和小波智能方法的实用性和有效性。     

传感器布置及结构损伤识别的优化方法

假设测试噪音空间非均匀分布的情况,研究了传感器最优布置问题,提出了针对结构损伤识别的传感器最优布置方法。基于结构损伤演化过程的物理特征,将结构损伤识别问题等价为一个优化问题进行求解,通过采用同步优化策略,避免了结构动力特征方程的求解和动力参数灵敏度的计算。算例分析表明,根据传感器布置方案获得的测试数据以及同步优化模式,能够准确高效地得到存在噪音下的结构损伤位置和损伤程度等损伤识别结果。     

Sensor placement for structural damage detection with modal data

A new method is presented for prioritizing sensor locations for structural health monitoring (SHM). In view of the needs of SHM and damage detection,sensor locations are optimized for the purpose of both sensitivity for local damages and independence of the target mode. However,the two different optimization criterions lead to an inconsistency of the optimal result. Considering the structural response changes that result from damage,the relationship between the structural response and damage is deduced from the structural motion equation by a quasi-analytical mode. Based on the harmony between damage identifiability and mode observability,an object function is set up,including the information of mode independence and damage sensitivity. Utilizing the technique of singular value decomposition,an interior algorithm for the optimum sensor placement is proposed with the multiple objective criterions of minimizing the condition number of coefficient matrix and maximizing the fisher information matrix. A numerical example shows that this approach can effectively avoid the contradiction between the two different optimization criterions. Comparing with the result of single object,the result of damage detection from the optical sensor locations is much more accurate.     

SVD Approach for Actuator and Sensor Placement in Active Vibration Control of Large Cable Net Structures

The actuator and sensor placement problem for active vibration control of large cable net structures is investigated in this paper. Since the structures exhibit closely spaced modes in the range of low frequencies, the number of modes to be considered is quite large after modal truncation, while only a limited number of actuators and sensors are to be placed. This makes it hard to determine the actuator and sensor locations with the existing placement methods in the literature such as the methods based on the controllability/observability grammian. To deal with this issue, an actuator and sensor placement method based on singular value decompositions (SVD) of the input and output matrices is proposed, which guarantees the modal controllability and observability of the system. The effectiveness of the SVD based method is verified through numerical simulations in which comparisons are conducted between randomly-chosen locations and the optimal ones obtained by a genetic algorithm.     

基于二重结构编码遗传算法的传感器优化配置

传感器的优化配置是一类组合优化问题,针对此问题,文章以应变模态保证准则SMAC为优化原则,以SMAC矩阵的最大非对角元为目标函数,针对满足传感器数量不变的约束条件问题,提出改进的二重结构编码遗传算法,并通过现有文献中的算例验证本文所提算法的高效性。算例结果表明,该遗传算法优化结果优于现有的遗传算法,将其应用于复合材料板模型损伤诊断的传感器优化配置是可行的。     

基于柔度矩阵法的大跨斜拉桥主梁的损伤识别

根据柔度矩阵的概念,构造出了一个损伤指标.采用有限元方法,对1座设定主梁不同位置发生损伤的大跨度预应力混凝土斜拉桥进行动力特性分析,提出了利用局部最优原则并根据指标曲线峰值点来对损伤进行判定的方法.研究表明,损伤指标可对主梁结构中不同位置设定的损伤进行识别判断;损伤指标随着结构损伤程度的增大而增大,当结构损伤程度不超过40%时,两者之间呈现出线性比例关系,而当结构中产生了很严重的损伤时,损伤指标随着损伤程度的增大而以幂指数的形式剧烈增大.损伤指标的识别精度与测点数目及测试误差有关,当测点数目减少一半时,损伤指标仍可识别出结构中设定的损伤,对模态参数做多次平均处理,有助于减少测试误差,提高损伤指标的识别精度.     

损伤检测中的传感器优化布置方法研究

探讨了2种基于数据信息最大化准则的传统传感器优化布置方法:基于Fisher信息阵行列式值最大的有效独立法(EFI)和基于模态应变能最大的运动能量法(KEM)。针对它们的不足提出一种新的传感器优化布置方法——有效独立-驱动点残差法(EFI-DPR)。运用均方差最小准则、抗噪性能最好准则和模态保证准则来评价各种优化布置方法的优劣。数值分析表明:有效独立-驱动点残差法是3种优化方法中最好的方法。     

基于桥梁健康监测的传感器优化布置研究现状与发展趋势

从传感器监测项目优化、数量优化和位置优化3个方面综述传感器优化布置的研究现状。重点探讨传感器位置优化,系统介绍了基于模态可观测性和基于损伤可识别性的传感器优化布置准则、布置方法和布置评价准则,对比分析各种布置方法之间的脉络关系、技术演变及其优缺点,最后指出传感器优化布置研究存在的几点不足及其技术发展趋势。     

电子标签质量在线检测传感器的研制

为了检测电子标签的性能参数,研制基于互感耦合的双线圈检测传感器.在分析电子标签模型的基础上,建立传感器的物理模型和动态数学模型,分析传感器的频率响应特性;为了使标签检测区域的电磁场分布尽量均匀,且便于标签在线连续检测,提出双线圈的平行结构.在电路参数仿真分析基础上,进一步完成传感器线圈匝数和空间结构参数对输出响应灵敏度影响的测试,从而确定传感器的各个参数.测试结果表明,该传感器的检测精度高,性能稳定,响应速度快,能够很好地满足电子标签性能参数在线检测的要求.     

恒载作用下梁和桥梁的损伤识别研究

提出了桥梁长期健康监测中基于恒载进行梁及桥梁损伤识别的方法。首先从正分析入手计算超静定梁仅在恒载作用下发生损伤的特征表现,通过分析不同监测参量及测点对损伤的敏感度,研究仅在恒载下监测参量选取及测点布置的特点;再从反分析出发通过改进的自适应遗传算法求解有约束的优化问题,研究仅在恒载作用下识别梁损伤的可行性,分析结果表明通过较少测点即可对梁的损伤进行识别,为基于恒载的损伤识别方法在实桥健康监测中的应用提供了理论指导。