结构损伤与荷载的快速同步识别方法研究

本文仅以损伤因子为优化变量,提出一种结构损伤和荷载同步识别的方法。首先通过时域荷载识别的方法将未知荷载转化为损伤因子的函数,将近似荷载作用下的结构响应和实测响应的平方距离作为目标函数,从而降低了需要识别未知参数的数目;然后在目标函数的计算过程中,利用虚拟变形法（VDM）可进行结构快速重分析的思想,快速构造给定损伤因子下系统的脉冲响应,避免每步迭代重新集装系统矩阵,并通过荷载形函数方法进一步提高荷载识别的效率;最后利用二次多项式插值近似结构每个时刻的响应方法和推导对应目标函数的梯度表达式来提高优化搜索的速度。本文利用刚架模型进行数值模拟,准确识别了结构中柱子单元刚度损伤、附加质量以及梁上的未知移动荷载,并通过一个悬臂梁试验进一步验证所提出方法的准确性和可行性。     

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。     

基于时域响应灵敏度分析的板结构损伤识别

提出了一种基于响应灵敏度分析的有限元模型修正法,对平板结构的局部损伤进行识别。在正问题研究中,将结构的局部损伤模拟为板结构单元杨氏模量的减少,建立了板结构的有限元动力学方程,利用直接积分法获得了结构强迫振动响应。在损伤识别反问题中,基于响应灵敏度分析,直接利用结构的动态响应进行有限元模型修正和损伤识别。算例表明,本文方法能有效识别板类结构的局部损伤,具有需要测点数目少,损伤识别精度高,对模拟的测量噪声不大敏感的优点。     

飞机加筋壁板紧固件松脱损伤检测的自相关分析方法

提出了一种基于自相关函数的损伤检测方法。首先证明归一化后的结构各测点加速度响应自相关函数零点值仅与结构的模态参数有关,然后利用其构造损伤指标用于结构损伤的定位。飞机加筋壁板紧固件松脱损伤的损伤检测实验表明,该方法只需要利用结构在一定带宽白噪声激励下的加速度响应就能准确定位加筋壁板紧固件的松脱损伤,适用于紧固件松脱损伤的实时检测。     

基于快速独立分量分析的模态振型识别方法研究

摘要：快速、准确地识别出结构的模态参数,特别是结构的振型是结构损伤精确识别与健康监测的重要前提。大多的模态参数识别时域方法都是从曲线拟合的角度或解算特征值的过程来实现。振型向量通过求解各阶模态的留数获得,这些方法依赖于模态频率与模态阻尼的识别。本文提出一种模态振型的直接提取方法,该方法基于快速独立分量分析技术,以模态响应之间的独立性构造目标函数,通过优化目标函数寻求振型向量的最优解,直接从结构自由响应或脉冲响应的数据矩阵中提取结构的振型向量。三自由度数值算例表明该方法有效,具有很高的识别精度且对测量噪声具有很好的鲁棒性。     

基于时间序列分析的结构损伤识别

针对如何从结构响应信息中提取结构损伤指标的问题,提出了一种基于时间序列分析的结构损伤识别方法。对结构响应数据进行预处理,利用完好工况下的结构响应数据作为参考数据,建立自回归(Auto regression-AR)预测参考模型。利用已建立的AR预测参考模型计算待识别工况的残差,将待识别工况的残差与AR预测参考模型的残差的方差之比作为损伤指标,对结构损伤进行识别;通过算例表明:该损伤指标不仅可以判断结构是否发生损伤,而且可以识别结构的损伤位置。     

基于振动响应时频分析的桅杆损伤识别方法

桅杆的模态参数和刚度对纤绳平衡张力、激励和环境条件比较敏感,导致目前比较有效的结构损伤识别方法和指标难以直接应用。为此,探索了基于测点振动响应时频分析而不依赖模态信息的桅杆结构损伤识别方法,提出利用结构测点振动响应的Wigner-Ville分布交叉项统计量WCS(WVD Cross-term Statistic),通过比较损伤前后统计量的相对变化量来进行损伤识别。算例分析结果表明,利用测点振动响应的损伤识别指标WCS相对变化量,除能识别杆身单个不同程度的损伤位置以及多个损伤外,还能分辩出纤绳的损伤特征。通过增大激励的幅值和增加测点的数量,可以提高识别的精度和指标的灵敏度;基于测点位移响应与基于测点加速度响应的损伤识别指标相比,具有更好的损伤识别效果。     

基于不完备实测模态数据的结构损伤识别方法研究

在传统的基于模型修正的损伤识别中,由于实测模态信息有限而待识别参数过多,往往导致损伤识别方程出现较大误差,从而限制了该方法在复杂结构中的应用。为解决这一问题,对结构的自由度进行了分解,将损伤结构中模态振型的未测量部分表达为已测量到的模态振型、模态频率以及结构其它参数的函数。将损伤视为结构单元刚度的减小,利用完好结构的计算模态数据以及损伤结构扩充后的实测模态数据,建立了结构的损伤识别方程。运用信赖域优化算法对具有双重约束条件的目标函数进行最小化,识别出了结构各单元的刚度损伤参数。通过两个损伤识别数值仿真算例及实验验证,结果表明,在测点数量有限及测试噪声等不利因素影响下,所提方法只需运用少量的实测模态信息,即可实现结构损伤位置及程度的准确识别,同时算法具有较好的鲁棒性。     

基于加速度响应相关性的结构损伤识别方法

通过推导证明了加速度响应的相关特性包含结构的模态信息,与结构损伤的程度和位置相关,提出加速度响应相关特性作为结构损伤因子的损伤识别方法,以该指标作为BP神经网络神经元,判断结构的损伤程度和损伤位置。利用有限元分析证明了该方法的有效性,通过试验研究验证了该方法的适用性。     

基于混沌激励与吸引子分析的结合面损伤识别方法

工程结构在使用寿命周期内,各种环境因素会导致结合面出现损伤,从而威胁结构的完整性和功能性,甚至诱发安全事故。研究了一种利用混沌激励与吸引子几何特性进行结合面损伤识别的方法,采用混沌振动信号激励待测结构,对采集到的加速度响应信号进行相空间重构,并构造了一种基于吸引子局部方差计算的特征参量用于损伤识别,同时研究了影响特征参量的主要参数。设计了悬臂梁结合面损伤识别实验,控制固定端螺栓预紧力的下降来模拟结合面损伤,利用上述方法对结合面的损伤状态进行了识别。结果表明：本文方法能够识别结合面的损伤状态,所构造的特征参量随损伤程度改变单调变化,响应测点配置、特征参量计算参数等对损伤识别的效果有影响。     

基于经验模态分解和相关系数对玻璃纤维增强聚合物复合材料板的损伤识别及扫查成像

针对外界环境噪声等因素造成损伤因子不敏感，导致复合材料损伤识别困难和成像误差大等问题，提出了一种基于经验模态分解（Empirical mode decomposition, EMD）和相关系数的损伤因子。用空气耦合探头采集损伤前后的Lamb波信号进行EMD分解获取多个本征模态分量（Intrinsic mode function, IMF）。根据相关系数获取与信号相关性最大的IMF分量，并定义其能量值的相对变化为损伤因子。在模拟噪声环境前后，分别对玻璃纤维增强聚合物复合材料（GFRP）板中的分层缺陷进行识别和扫查成像，验证了该损伤因子的有效性。结果表明:信号经过EMD分解后，与其相关性最大的IMF分量对损伤最敏感，能够定义为识别损伤的损伤因子。将该损伤因子结合概率成像方法进行空耦Lamb波扫查，不仅能够有效对复合材料中的缺陷进行成像，而且在模拟强噪声环境中具有良好的抗噪性。      

Vibration damage rate curves for quantifying abrasion of printed packaging in accelerated random vibration test

Some vibration‐based damages in packaged products, such as surface abrasion and bruising of fruits, are not necessarily caused by vibration stresses at resonant frequencies. They are often nonfatigue damages resulting from the accumulation of low stress vibrations. This study introduces a new concept and methodology of vibration damage rate curves, which describes the relationship between damage rate, G_rms, and vibration cycles, N. The vibration damage rate curves for quantifying the abrasion of a column stacked printed packaging was developed on the basis of ASTM D 4169 truck profile level 1, 2, and 3, as well as the field test. The abrasion rate in the laboratory was then compared to that in the equivalent time of road transportation per accelerated random vibration test formula. This study recommends that the accelerated random vibration formula can be used when vibration damage rate curves for printed packaged products are developed, to effectively reproduce the damage in the laboratory that is equivalent to the field.     

Measurement and analysis of truck transport vibration levels and damage to packaged tangerines during transit

The purpose of this study was to measure the vibration levels in commercial truck shipments in Thailand and observe the effects on packaged fruit. The study measured the vibration levels in two of the most commonly used truck types to ship packaged goods as a function of road condition and vehicle speed. The suspension type on the trailers studied was leaf‐spring. The results of damage to packaged tangerine fruit as a function of location in the payload are also presented. The data presented in this study will assist product and package designers to reduce damage in transit. The results showed that vibration levels increased with speed and as a result of road condition. Analysis of variance indicated that three controlling factors, road surface, truck speed and truck type, significantly affected (p ≤ 0.05) peak PSD, PSD* (root mean square) over the frequency range 2–5 Hz, and fruit damage. As expected, based on previous work, an increase in truck speed resulted in an increase in vibration levels and damage to packaged fruit. The laterite road condition produced the highest vibration level for a given truck and travelling speed followed by concrete highway and asphalt road conditions. Fruit damage was found to be greatest in the uppermost container for every combination of road, truck type and travelling speed, which also corresponded to the highest vibration levels recorded. The results showed that a significant amount of damage can occur on unpaved roads (laterite), while the packages are transported from farms and harvesting areas to regional truck terminals. Damage on asphalt road conditions was minimal. This paper provides an updated history of measured and quantified levels of vibration for these specific trucks and road conditions. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于小波分析的简支梁裂缝识别方法研究

利用小波分析技术系统地对简支梁裂缝位置进行识别。从理论上进行了系统分析，利用小波分析具有识别突变信号的特点，有效地识别出裂缝存在的位置，尤其是那种不易察觉的损伤。通过分析及仿真计算，获得了满意的效果，在桥梁故障诊断中具有很高的使用价值。     

基于反应谱分析的建(构)筑物爆破振动响应安全评估方法研究

利用大量爆破振动实际监测数据,对爆破振动速度反应谱谱面积SR与爆破地震波信号各特征量进行了关联分析,研究了SR对建筑结构振动损伤的影响和关联。研究发现SR值能较全面地反映爆破振动的综合作用效果,以及结构动力特性对结构振动破坏的影响。根据研究结果,提出了用SR作为爆破振动安全评估特征值的爆破地震效应评估新方法。132组爆破振动数据的计算与分析表明,SR>5.5时爆破地震波将对一般民房结构产生破坏的概率显著增加,可将[SR2]≤5.5作为二类建(构)筑物爆破振动破坏安全判据标准的补充。在此研究的基础上,通过引入建(构)筑物爆破振动反应谱安全系数Prs的概念,初步建立了以SR为特征值,考虑爆破振动综合作用效应和结构振动特性的爆破振动安全统一判据。     

一个生产爆破管理系统的开发

在露天矿生产爆破数据库基础上 ,结合宜阳矿的实际 ,分析了数据库管理系统的功能和结构。通过上述工作 ,为宜阳矿开发了一个生产爆破管理系统 ,实现了某些功能如生产爆破数据的处理、综合利用、查询以及报表打印等的计算机管理 ,为该矿的生产和管理部门提供了现代化的管理手段和决策依据     

猕猴桃的模拟振动实验及特性研究

目的研究猕猴桃在运输过程中振动特性以及机械损伤的影响因素,为增强水果运输包装的防护性提供可靠的理论依据。方法通过扫频振动实验检测猕猴桃的共振频率;基于正交实验分析法进行猕猴桃的定频振动实验,分析振动加速度、包装缓冲材料、振动时间和堆码层数等因素对表面损伤指数和振动传递率的影响,从而获得造成猕猴桃机械损伤的敏感因子。结果当振动加速度为0.15g时,猕猴桃的共振频率为85.2Hz;采用纸屑作为缓冲材料的整体包装,猕猴桃的受损程度最小,其振动传递率也较小。结论对表面损伤指数和振动传递率影响最大的因子均为缓冲包装结构,纸屑衬垫和EPS衬垫的缓冲性能优于PET衬垫。振动传递率越大,表面损伤指数越大。     

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。     

基于劲度模量分析的橡胶沥青混合料疲劳寿命研究

为了准确地预测橡胶沥青混合料的疲劳寿命(N_f),分析N_f与劲度模量衰减量(SMD)、劲度模量衰减量相对变化率(SMDR)的相关性,根据累积劲度模量衰减量相对变化率(CSMDR)分别建立了其与疲劳荷载次数的函数关系式和损伤模型,基于SMDR与损伤演化速率的相关性分析建立了疲劳方程。结果表明:应用SMD不能很好地预测N_f,SMDR表征了产生损伤变形的劲度模量衰减量占总衰减量的比例,可用于损伤演化分析和N_f预测;建立的函数关系式和损伤模型能分别准确地刻画CSMDR的变化特征和非线性损伤演化规律;建立的疲劳方程能准确地预测橡胶沥青混合料的N_f。