基于区间B样条小波有限元的裂纹故障定量诊断

研究基于模型的结构裂纹故障诊断中的正反问题,即求解含裂纹参数结构的固有频率以及利用实测固有频率,定量识别裂纹参数。构造用于求解正问题的一维区间B样条小波裂纹单元,通过求解裂纹结构有限元模型,绘制以裂纹等效刚度与裂纹位置为变量的三阶频响函数解曲线,将实际测出的系统前三阶固有频率作为输入,根据曲线的交点定量预示出裂纹的位置和深度。实验研究表明,文中构造的区间B样条小波裂纹单元有效克服了传统有限元分析在求解裂纹奇异性问题时存在的效率低、精度差甚至难以收敛到正确解的缺陷,同时具有足够的辨识精度,为早期裂纹故障定量诊断提供新方法。     

梁类结构多裂纹微弱损伤的小波有限元定量检测方法

提出了一种定量检测梁类结构多裂纹参数的方法。利用适宜求解奇异性问题的小波有限元法,从动力学正问题入手,对裂纹梁进行有限元建模,获得裂纹故障在结构固有频率上反映的本质征兆,并利用曲面拟合技术绘制出以裂纹位置和深度作为变量的固有频率变化率曲面,然后对整个裂纹梁进行剖分,迭代求解出每个剖分单元上的结构损伤系数。损伤系数为正的单元诊断为裂纹单元,在每个裂纹单元上求出裂纹对应的前三阶固有频率变化率,并分别将其作为输入参数代入固有频率变化率曲面,做出前三阶模态的频率变化率等高线,最后通过三条等高线的交点预测出裂纹存在的位置和深度,算例分析验证了该算法的有效性。     

基于区间B样条小波有限元的转子裂纹定量识别

研究一种基于区间B样条小波有限元的转子横向裂纹定量识别方法.构造包含转动惯量影响的区间B样条小波Rayleigh梁单元,高精度求解裂纹转子前三阶固有频率,获得裂纹相对位置和相对深度作为变量的固有频率解曲面.然后将实测的裂纹转子前三阶固有频率作为裂纹识别问题的输入,利用三条等高线的交点定量识别出裂纹存在的相对位置和相对深度.数值仿真和试验研究结果表明,该方法鲁棒性强,单元数量少,辨识精度和效率高,为转子系统裂纹定量识别提供了新方法.     

基于有限元位移模式的含裂纹梁结构动力学模型

针对裂纹的存在将降低梁的刚度的实际情形,首先根据断裂力学理论,引入裂纹梁因裂纹扩展而释放的应变能表达式,然后根据金属材料的特点,运用有限元位移法建立裂纹梁单元的动力学模型,再在梁单元模型的基础上应用有限元位移法建立裂纹梁结构的动力学方程。研究表明：基于有限元位移模式所建立的动力学方程较好地体现了裂纹梁动态性能与其结构参数和裂纹参数之间的内在关系,反映了裂纹的位置及长度对含裂纹梁结构动态性能的影响,为建立含裂纹梁结构动力学模型提供了一种新的有效方法。最后通过实例对理论分析结果进行了验证。     

基于小波分析的裂纹梁的损伤识别

阐述了一种基于小波变换的含裂纹梁的损伤识别方法,利用含裂纹梁的一阶模态阵型作为小波分析的力学特征信号,识别损伤的位置和大小.利用小波分析系数的模极大值随分析尺度的传播定位损伤的位置,计算针对于损伤频率信号的能量判断损伤的大小.与以前的小波分析方法相比,此方法确定损伤位置的可靠性高,能识别微小的损伤.利用能量守恒定理和小波分析频段细化的能力,裂纹的定量分辨率高.     

基于小波有限元和遗传优化算法的转轴裂纹诊断

构造Rayleigh-Euler和Rayleigh-Timoshenko区间B样条小波梁单元,分别离散柔性转轴和刚性转盘,建立转子系统有限元模型.求解裂纹转子前三阶固有频率,并将其拟合成裂纹相对位置和相对深度的函数.将裂纹识别中的匹配追踪问题转化为多维优化问题,以实测固有频率作为输入,利用遗传算法寻优求解出与输入值相差最小的样本点,进而测出裂纹的相对位置和深度.试验研究表明,所提出的裂纹诊断方法具有较好的精度和鲁俸性,且易于在工程实践中进行裂纹转子定量诊断.     

基于应变能量法的裂纹梁有限元分析及其力学响应特征

针对含裂纹的梁,考虑由裂纹尖端应力集中产生的局部柔度,基于应变能量原理得出裂纹附近的应力集中系数,推导裂纹区域应力与应变的关系,构造梁在裂纹处的柔度矩阵。在裂纹梁的有限元法计算过程中,将此柔度矩阵导入梁的整体刚度矩阵,完成裂纹梁在受静力载荷下位移的计算。出于裂纹梁裂纹识别的考虑,利用小波变换系数定义量图得到小波脊定位裂纹的位置。裂纹的存在导致力学响应的某些频段能量发生变化,利用小波变换对信号频率划分的功能,由频段能量的大小确定裂纹的大小。反之,讨论已知裂纹梁在受静力载荷下的位移条件来识别裂纹位置和大小的动力学反问题。通过对噪声污染的信号分析,说明此方法有良好的抗噪能力。     

箱型梁裂纹的有限元应力分析及其实验研究

本文以箱型梁裂纹为研究对象，进行应力的有限元分析及其实验研究，并通过观察应力值的变化来诊断结构裂纹。     

工字梁结构对双腹板预弯叶片变形量影响的研究

为减少风力机叶片在额定工况下的叶尖形变量，提高叶片抗弯性能，增加机组安全性，借鉴工字梁理论对风力机叶片腹板进行加强，以某1.5 MW风力机叶片腹板为研究对象，建立了一种工字梁腹板结构，共计6组，并与原叶片在相同的力学模型下进行对比。使用APDL软件进行了叶片的模态分析及静力学分析，比较了原叶片与工字梁叶片的模态振型、振动频率及叶尖最大位移等力学性能。模态分析表明，工字梁腹板叶片比原叶片的一阶位移下降了3.34%,一阶频率降低了3.24%,总体均高于共振频率；静力学分析表明，工字梁腹板叶片比原叶片叶尖位移最多降低了6.38%,具有更高的抗弯性能，在叶片结构设计中可进一步减少预弯。     

复合材料工字梁铺层结构设计及强度研究

根据复合材料层合工字梁的结构特点,基于经典层合板理论和最大应力强度准则,用MATLAB软件编程设计了复合材料工字梁缘条和腹板的铺层结构。建立了基于工艺的3种工字梁铺层结构有限元模型,分析了静载荷作用下3种铺层结构的应力状态。给出了典型铺层的应力云图。计算了复合材料层合结构材料主方向应力,使用最大应力强度准则,给出了线性状态下3种不同铺层结构工字梁的极限载荷。有限元分析结果与经典层合板理论计算结果进行了对比。分析表明:1)工字梁铺层采用内C形连接和L形连接时极限载荷高于理论设计载荷,外C形连接的极限载荷低于理论值,3种铺层方式极限载荷误差都在9%以内,与理论值基本吻合;2)有限元分析结果显示初始损伤均发生在工字梁下缘条45°铺层中,损伤模式为基体断裂;3)工字梁结构极限载荷主要取决于基体强度;4)工字梁发生破坏的截面位于其固支端;5)所建立的基于经典层合板理论的工字梁设计方法和工字梁有限元分析模型是正确可靠的。     

Second Generation Wavelet Finite Element and Rotor Cracks Quantitative Identification Method

The presence of cracks in the rotor is one of the most dangerous and critical defects for rotating machinery. Defect of fatigue cracks may lead to long out-of-service periods, heavy damages of machines and severe economic consequences. With the method of finite element, vibration behavior of cracked rotors and crack detection was received considerable attention in the academic and engineering field. Various researchers studied the response of a cracked rotor and most of them are focused on the crack detection based on vibration behavior of cracked rotors. But it is often difficult to identify the crack parameters quantitatively. Second generation wavelets (SGW) finite element has good ability in modal analysis for singularity problems like a cracked rotor. Based on the fact that the feature of SGW could be designed depending on applications, a multiresolution finite element method is presented. The new model of SGW beam element is constructed. The first three natural frequencies of the rotor with different crack location and size were solved with SGW beam elements, and the database for crack diagnosis is obtained. The first three metrical natural frequencies are employed as inputs of the database and the intersection of the three frequencies contour lines predicted the normalized crack location and size. With the Bently RK4 rotor test rig, rotors with different crack location and size are tested and diagnosed. The experimental results denote the cracks quantitative identification method has higher identification precision. With SGW finite element method, a novel method is presented that has higher precision and faster computing speed to identify the crack location and size.     

基于反演识别法的有限元模型校正

提出了一种在动态分析中对机构的结合面进行参数识别的方法。建立机械结构的有限元模型并将其关键结合面以弹簧-阻尼单元代替,将模态计算的结果与实验结果相结合建立目标函数;通过BP神经网络拟合、遗传算法参数寻优,得出最优结合面参数。以立式圆台磨床为例,运用该方法,对其结合面参数进行了识别。结果表明,通过该方法进行有限元模型中结合面参数的识别是可行的。     

基于第2代小波的有限元模型更新方法

提出了有限元模型更新刚度曲线的低分辨率表示方法。基于有限的实验模态信息,通过遗传算法得到了更新刚度曲线在低分辨率表示时的尺度函数系数和小波系数。利用多分辨率分析方法实现了复杂精细有限元模型的几何降维,获得了在有限模态参数范围内与精细模型相似的简单有限元模型,并在此简单模型基础上实现了最终的模型更新与损伤识别。证明了从多分辨率分析的角度出发,利用第2代小波变换的方法能够减少待更新的参数数量,降低模型更新过程的奇异性。以变截面箱梁为例,验证了提出方法对裂缝深度变化和局部裂缝数量变化的鲁棒性。本研究方法也适用于多组裂缝群的辨识。     

基于ANSYS有限元的结构载荷识别

复杂结构的分布载荷一直是工程应用中载荷识别的难点.推导了基于广义正交多项式的随机载荷识别模型,并且通过ANSYS有限元法对复杂结构的载荷识别进行了验证,为复杂结构动分布载荷识别提供了一种新的理论和方法.     

基于有限元的呼吸裂纹转子动力学特性

采用有限单元法建立了含裂纹Jeffcott转子的有限元模型,利用应变能释放率方法得到了裂纹单元的刚度矩阵,采用应力强度因子为零法模拟了裂纹的呼吸效应.计算分析了在一个稳态旋转周期内裂纹开闭的规律,以及直斜裂纹转子振动响应的特点.计算结果表明,斜裂纹开始张开以及闭合的时间迟后于直裂纹,斜裂纹处于全闭与全开状态所经历的时间比直裂纹长.直斜裂纹转轴的1X和2X倍频响应随着裂纹深度的增加而增加,但3X倍频分量变化不大.     

涡流检测焊缝裂纹缺陷的有限元仿真

缺陷的定性/定量分析一直是涡流检测中的难点问题.为了研究裂纹缺陷的尺寸、埋深深度和截面形状对检测结果的影响,基于Maxwell 3D涡流场分析的方法,建立了双线圈传感器的涡流检测模型,重点对工件周围受缺陷扰动的感应磁场分布变化进行了有限元仿真研究.结果表明:通过分析感应磁场分量的变化可以实现裂纹缺陷定性/定量评估,为下一步船舶焊缝裂纹缺陷的在线检测提供了有价值的参考.     

有限元法在力学中的数值分析

工程技术领域广泛应用的有限元法是固体力学中的一种高效、常用的数值分析方法。利用有限元法求解基本杆件的位移、应力、应变，可以看出有限元法在力学中举足轻重的作用。     

基于有限元方法的齿轮接触仿真分析

以齿轮接触为对象,推导了齿轮接触赫兹应力公式.利用ANSYS有限元分析软件对齿轮接触进行了仿真分析,并对有限元分析仿真值与推导公式的计算值进行了比较.结果表明,理论计算值和仿真值非常接近,表明采用ANSYS有限元分析软件分析齿轮表面接触问题是可行的.     

基于有限元法的飞机蒙皮裂纹加强补片优化设计

胶接增强修复补片的可设计性是胶接技术的优点之一,科学设计飞机结构损伤部位的增强补片是保证修补效果的重要因素。本文利用 ANSYS 软件对飞机2024蒙皮裂纹复合材料增强补片进行三维有限元建模与仿真计算,计算了复合材料单级补片和多级补片边缘胶层最大剪应力,给出了飞机2024蒙皮裂纹单侧修补时的补片优化设计参数。计算表明,用复合材料增强修补铝合金蒙皮裂纹时,补片应设计成多级形式;当补片级数超过5级时,补片边缘的胶层剪应力显著减小,与单级补片相比,其最大剪应力下降了85%。     

基于ANSYS的螺栓联接有限元计算

螺栓联接结构中存在着高度非线性接触特点,导致设计人员在对其进行计算时基于一定的假设前提,将螺栓联接结构理想化。文中将借助于有限元软件ANSYS对螺栓联接结构进行数值模拟计算,计算模型充分考虑螺栓联接结构中的非线性因素,并将数值模拟计算结果与设计规范中的传统计算结果进行比较,得到相应的结论。