基于内积矩阵及卷积自编码器的螺栓松动状态监测EI北大核心CSCD

螺栓连接结构中的螺栓松动容易导致结构失效,如何对结构中的螺栓松动状态进行监测是当前研究的一个热点。该文利用环境激励下结构振动响应的相关性分析,结合深度学习技术,研究了一种联合使用内积矩阵(inner product matrix,IPM)和卷积自编码器(convolutional autoencoder,CAE)的神经网络模型,即基于内积矩阵及卷积自编码器(inner product matrix and convolutional autoencoder,IPM-CAE)的深度学习模型。通过对螺栓连接搭接板的螺栓松动状态监测的试验研究,验证了该方法的可行性及有效性,并与使用IPM的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)、堆栈自动编码器(stack autoencoder,SAE)及胶囊网络(capsule network,CapsNet)相比,IPM-CAE方法具有较快的网络训练收敛速度和较高的识别精度。     

基于相关函数矩阵及卷积神经网络的结构健康监测研究

环境激励下利用时域振动响应构建的内积矩阵是结构健康监测中一种较好的结构特征参数。为了提升结构健康监测方法的识别准确率,构建内积矩阵时往往需要较多的振动响应测点,这将直接影响方法的工程实用性。该文基于时域振动响应的相关性分析理论,将内积矩阵扩展到了相关函数矩阵,实现从少量的振动响应测点中获取更多的结构健康特征信息,以降低结构健康监测方法对测点数量的需求。进一步结合卷积神经网络优异的数据特征提取能力,以相关函数矩阵为输入、结构健康状态为输出,提出了基于相关函数矩阵及卷积神经网络的结构健康监测方法。典型航空加筋壁板螺栓松动监测的实验研究结果表明,仅采用结构上任意2个测点的时域振动响应,该文方法针对螺栓松动位置的识别准确率可达99%以上。     

基于时域响应相关性分析及数据融合的结构损伤检测研究

基于时域振动响应的结构损伤检测方法因其便于实现在线监测受到了越来越多的关注。该文回顾了两种利用时域响应相关函数建立的结构特征向量(即内积向量及互相关函数幅值向量)及其对应的损伤检测方法。为了从时域响应相关函数中提取更多的结构健康信息,通过利用不同的结构响应组合,将上述两种结构特征向量扩展到了多种结构特征向量,并进一步采用数据融合理论,提出了检测精度更高的结构损伤检测方法。针对8层框架结构损伤检测的试验研究结果表明,该文方法可以对框架结构上的微小损伤进行定位。     

基于内积矩阵及深度学习的结构健康监测研究

环境激励下仅利用振动响应的结构健康监测方法,因其便于实现在线监测受到了越来越多的关注。该文回顾了以振动时域响应相关性分析为基础的结构特征参数(即内积向量)的基本概念及特征。为了从已有测试数据中提取更多的结构特征参数,分别以各个响应测点为参考点来构建多个内积向量并组成矩阵,将内积向量扩展到了内积矩阵。进而以内积矩阵为结构特征参数,结合深度卷积神经网络的特征提取能力,提出了基于内积矩阵及深度学习的结构健康监测方法。典型航空加筋壁板螺栓松动监测的实验研究结果表明,仅利用结构在环境激励下部分测点的振动时域响应,该文方法可以准确地识别螺栓松动位置。     

聚甲基丙烯酰亚胺泡沫夹层结构全生命周期的关键技术研究进展

聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethylimide,PMI)泡沫夹层结构特有的性能优势使其广泛应用于航空航天领域。为推动PMI泡沫夹层结构的稳定化、系列化和高性能化,本文系统地综述了面向全生命周期的PMI泡沫夹层结构设计与制造技术的研究现状与发展趋势。首先,总结了PMI泡沫及其夹层结构的性能和应用现状,分析了PMI泡沫夹层结构的市场需求。然后,概述了面向全生命周期的PMI泡沫夹层结构关键技术现状,包括PMI泡沫研发、结构设计与分析、结构固化成型、维修及维护。最后,展望了PMI泡沫夹层结构的发展趋势,以期为该领域后续的研究工作提供参考。      

夹层结构复合材料低速冲击试验与分析

设计了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫、 交联聚氯乙烯(X-PVC)泡沫、 NOMEX蜂窝、 缝合PMI以及开槽PMI泡沫等形式的玻璃布面板夹层结构复合材料, 研究了芯材种类和厚度、 面板玻璃布层数以及缝合和开槽等因素对夹层结构低速冲击性能的影响。结果表明, PMI泡沫芯较X-PVC泡沫芯和NOMEX蜂窝芯具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫密度及面板厚度的增加, 夹层结构复合材料的冲击破坏载荷和破坏吸收能量增大。合理的缝合和开槽, 能够增加PMI泡沫夹层结构的强度、 刚度及界面性能, 提高冲击承载能力。     

基于振动响应内积向量和数据融合的结构损伤检测方法试验研究

提出了一种基于振动响应内积向量(Inner Product Vector, IPV)和数据融合的损伤检测方法,并进行了相应的验证试验研究。分别以随机信号和正弦信号对结构进行激励,利用加速度传感器采集结构的振动响应信号,计算结构的损伤指标,然后利用数据融合理论将结构各参考点下的损伤指标进行融合。损伤检测的验证试验结果表明,结合数据融合理论后,能够避免原始IPV方法中参考点选取对检测准确度的影响问题,并能准确进行损伤定位。两组不同激振信号的检测结果对比显示,数据融合对外激励为正弦信号的检测结果的准确度提升更为显著。     

白噪声激励下的复合材料层合结构损伤检测的内积向量法

利用白噪声激励下结构各测点的动力学响应之间的互相关函数,引入了内积向量（Inner Product Vector,IPV）的概念,提出了应用内积向量进行结构损伤检测的方法,并分析了测试噪声对基于内积向量的损伤检测方法的影响。通过对复合材料层合梁的分层损伤检测仿真算例,验证了该方法检测损伤的有效性以及较高的抗噪能力。     

PMI泡沫复合材料夹层结构的无损检测方法

主要讲述了目前适用于PMI泡沫夹层结构的各种无损检测方法。回顾了泡沫夹层结构常用的无损检测方法:空气耦合超声方法、脉冲回波超声方法以及激光错位散斑干涉方法。针对不同的缺陷形式,对比了无损检测的效果。     

蜂窝夹层板结构中导波的传播特性及其脱粘损伤的检测

利用有限元模型研究了蜂窝夹层板结构中导波的传播特性,并进行了蜂窝夹层板结构中蒙皮与蜂窝芯脱粘损伤检测的实验研究。建立了基于实际蜂窝夹层板结构的有限元模型,利用COMSOL Multiphysics软件模拟了导波在完好结构和含有脱粘损伤结构中的传播规律。结果表明,导波在蜂窝夹层板中传播时具有频散和多模态特性,可通过频散关系确定导波的各阶模态,且A_0模态对脱粘损伤最敏感。采用压电片作为激励源,选取窄带脉冲作为激励信号激发导波,利用Polytec激光测振仪采集蜂窝夹层板中的导波信号。对信号进行小波变换,提取A_0模态的幅值,并在此基础上通过损伤概率算法定位脱粘损伤的位置。结果表明,A_0模态幅值可作为损伤检测的参数,且重构的脱粘损伤与实际的脱粘损伤位置吻合较好。     

夹层结构复合材料的吸波隐身技术研究进展

综述目前国内外夹层结构复合材料吸波隐身技术的特点、主要研究方向以及应用情况,包括蜂窝夹层结构和泡沫塑料夹层结构。介绍蜂窝夹层结构的吸波隐身技术的研究进展,指出影响蜂窝夹层结构吸波性能的主要影响因素,包括蜂窝本身的规格尺寸以及浸渍胶液体系等。分析聚氨酯和聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)两种常用的泡沫夹芯吸波复合材料的吸波性能和力学性能,指出具有高力学性能、高耐热性的吸波性PMI泡沫塑料泡沫夹层结构是吸波隐身夹层结构技术未来的主要研究方向。     

泄洪激励下高拱坝损伤识别的互熵矩阵曲率法

提出一种基于泄洪激励下动响应能量进行高拱坝损伤识别的互熵矩阵曲率法,即利用拱坝损伤前后的相对响应熵矩阵,分别对其列、行进行差分求得互熵曲率矩阵,并以其对角元素作为检测拱坝结构损伤指标的新方法.该方法仅需拱坝的环境激励响应信号,不论对其单一损伤、轻微损伤,还是多种损伤,均能够定位损伤和定性反映损伤程度.通过数值模拟分析,验证了该方法检测拱坝损伤的有效性.     

复合材料梁结构损伤定位的无参考点互相关分析方法

改进了基于互相关函数的损伤检测方法,不需要定义参考点就可以对复合材料梁结构的损伤进行定位。首先采集完好结构各测点的两组加速度响应,一组作为参考响应,另一组作为其特征响应;当结构发生损伤后,采集损伤结构各测点加速度响应作为其特征响应,分别计算完好结构及损伤结构的特征响应与参考响应间的互相关函数;以各测点响应互相关函数最大值在结构完好与损伤之间的相对变化作为损伤指标,对不同测点间的损伤指标进行差分处理,获得相应的损伤定位指标以定位损伤。针对蜂窝夹层复合材料梁单位置损伤和多位置损伤的损伤检测实验表明,该方法仅利用各测点在随机激励下的振动响应信号便可以准确定位损伤。     

框架结构损伤定位的比例柔度矩阵分解法试验研究

提出了基于比例柔度矩阵LU分解的结构损伤定位方法。该方法从结构振动响应入手,首先识别出结构前几阶模态振型和频率,构建结构比例柔度矩阵;然后对损伤前后的比例柔度矩阵差进行LU分解;最后基于U矩阵和曲率方法构建损伤指标对损伤进行定位。基于某20层框架结构进行了数值模拟损伤定位研究;并在实验室设计、建造一个6层集中质量剪切型框架模型,基于该模型分别进行了振动台试验和脉冲激励试验。模拟和试验下的单损伤和多损伤工况结果均表明:提出的方法能准确地对结构损伤进行定位。该方法只需要损伤前后测点的振动响应数据,不需要结构有限元模型,避免了复杂的结构有限元模型建模和模型修正工作;并且构建一个满足精确度的比例柔度矩阵只需要结构的前几阶低阶模态参数,而低阶参数的识别准确性相对较高,这些优点均为该方法的工程应用奠定了基础。     

无反射层泡沫夹层结构设计及吸波性能研究EI北大核心CSCD

针对无反射层的电磁隐身需求,本工作对透波层/吸波泡沫/透波层的夹层结构的吸波性能进行仿真计算,据此制备不同电磁参数的吸波泡沫,对其进行电磁特性表征,并研究吸波泡沫夹层结构的雷达散射截面(RCS)性能。结果表明:在吸波泡沫介电常数为2.3~2.7,介电损耗为0.24~0.26时,无反射层的夹层结构在宽频范围内具有最优的吸波性能。加入炭黑吸收剂泡沫的介电常数和介电损耗具有明显的变化规律,吸波PMI泡沫的电磁特性与仿真计算最优吸波泡沫较接近。炭黑质量分数为8%时吸波PMI泡沫夹层结构在2~18 GHz频率范围内具有最优的隐身性能,与仿真计算结果相对应,其通过低频透波、高频吸波实现电磁波隐身。     

脱粘蜂窝夹层结构侧压性能研究

该文通过对蜂窝夹层结构预制不同尺寸脱粘缺陷,考察脱粘对蜂窝夹层结构侧压强度影响情况。对比侧压试验结果与理论分析结果表明,脱粘缺陷对蜂窝夹层结构承载能力有较大影响,随着脱粘缺陷的逐渐增大,夹层结构承载能力逐步降低;含脱粘缺陷的蜂窝夹层结构理论分析计算结果偏保守,理论分析趋势与试验结果一致的。     

基于加速度二次协方差矩阵参数变化比法的环境振动下结构损伤识别

在白噪声环境激励下,结构加速度响应的自相关/互相关函数构成一个新的二次协方差（CoC）矩阵,组成这一协方差矩阵的元素经证明是结构模态参数（频率、振型、阻尼）的函数;与提取模态参数的一般损伤识别方法相比,二次协方差矩阵包含结构振动的更多和更高阶模态信息。本文利用结构损伤前和损伤后的二次协方差（CoC）矩阵参数的变化比,对只基于振动输出的、环境振动下的结构进行损伤识别。对一个七层框架结构模型进行了数值模拟,首先对不同噪声程度、不同损伤位置和程度的损伤结构进行损伤定位,再结合模型修正法,对结构损伤程度进行识别,展示了该方法的有效性。     

夹层结构主动温控变阻尼振动控制技术

为提高夹层结构的抑振特性,开展了基于主动温控变阻尼技术的夹层结构振动控制方法研究。基于高分子聚合材料在玻璃化转变区的高阻尼特性,提出了一种针对夹层结构高分子聚合芯材进行温度控制,增大其损耗因子以提高结构阻尼的技术途径。根据此技术途径设计了以聚氨酯改性环氧材料为芯材,中间铺设加热膜的温控夹层梁。开展了不同控制温度下夹层梁的振动响应试验研究并探讨了温度对夹层梁弯曲刚度的影响规律,试验结果表明,当将夹层梁温度控制在玻璃化转变温度(Tg)左侧附近时,夹层梁的振动响应可较常温状态下降低8.85 dB,证明了所提出的主动温控变阻尼技术具有良好的抑振效果。     

聚甲基丙烯酰亚胺/有机蒙脱土泡沫的制备与性能

以甲基丙烯酸(MAA)和丙烯腈(AN)为单体,以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,以有机改性蒙脱土(OMMT)为填料,通过单体原位插层聚合的方法,制备了聚甲基丙烯酰亚胺/有机蒙脱土(PMI/OMMT)泡沫。通过傅里叶变换红外(FT-IR)和X射线衍射(XRD)对OMMT的结构进行表征,通过热重分析(TGA)、动态力学热分析(DMA)、垂直燃烧、极限氧指数(LOI)和扫描电镜(SEM)对PMI/4OMMT泡沫热性能、燃烧性能和形貌进行表征,同时对PMI/4OMMT泡沫的力学强度进行分析。结果表明,十六烷基三甲基溴化胺(CTMAB)插层进入钠基蒙脱土(Na-MMT)层间,使层间距由1.25nm增加到2.20nm。制备的PMI/4OMMT泡沫具有良好的成炭性能和较高的玻璃化转变温度,OMMT的加入提高了PMI/4OMMT泡沫的LOI,泡沫呈蜂窝状结构,孔径在0.1~0.4mm之间。力学性能分析表明,PMI/4OMMT泡沫具有较高的力学强度,PMI60/4OMMT泡沫的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别为1.45MPa、2.11MPa和3.15MPa。     

基于FEM和TMM方法的轨道—隧道—土层振动耦合响应分析

针对地铁隧道中日益增多的振动问题,基于FEM(有限元)和TMM(传递矩阵方法)技术,以上海轨道交通四号线为研究背景,探讨在移动荷载作用下轨道-隧道-土层系统的振动响应及荷载传播问题.其中在频率波数域内运用FEM模拟轨道系统响应,运用TM技术模拟土层运动,并将隧道简化为欧拉梁,利用应力应变关系将轨道系统、土层与隧道梁进行耦合.模拟数据与实测数据对比表明,该模型能较好地模拟地铁隧道中振动的传播.基于该理论模型,运用频散曲线对轨道及土层特性进行分析,从理论上讨论轨道系统与土层耦合条件下振动波传播的特殊规律,并以地表位移及土层应力为研究对象,分析不同频率条件下振动响应的差异.