基于相似模型试验的导管架平台有限元模型修正

根据设计尺寸建立的有限元模型与实际结构之间不可避免地存在一定偏差,须根据试验测量数据对有限元模型进行必要的修正。基于相似原理设计制作完整平台和损伤平台的缩尺模型,开展模态试验;根据模态置信准则(MAC)评价试验模态数据和有限元计算数据的相关性。应用灵敏度分析方法对结构设计变量进行分级,以有效识别出平台结构中的待修正参数。针对含有未知损伤的海洋平台,采用结构参数的优化方法,识别损伤位置并实现损伤平台有限元模型的更新。结果表明:对于完整平台,修正后前六阶固有频率的误差均值由修正前的17.22%降至2.78%,修正后的有限元模型更接近试验结构;平台损伤后MAC显著降低,根据优化方法可准确定位出2个缺失构件的位置,且修正后固有频率的误差均值由25.94%降至4.79%。通过修正可为在役海洋平台安全评估提供一个准确的有限元模型。     

基于灵敏度分析的地下结构简化模型损伤识别

城市轨道地下结构在环境、人为、材料老化等多因素下会产生不同程度的损伤,影响结构的正常服役性能,因此对城市地下结构进行健康监测和损伤识别尤为重要。地下结构特点是沿纵向方向较长,隧道-土体系统的有限元模型单元和结点多,若对整体隧道精确的有限元模型进行基于模态特性灵敏度分析的损伤识别,往往效率很低,甚至难以收敛。为了解决大型复杂地下结构的损伤诊断,采用基于等效刚度原理的模型等效简化,将复杂隧道-土体体系简化成等效截面的环形梁,分析隧道结构纵向方向的模态特性,并利用基于灵敏度分析的模型修正方法对隧道衬砌在裂缝、剥落和强度降低三种损伤情况下进行损伤识别。     

基于环境激励的连续刚构桥模态参数识别及有限元模型修正

一个合理准确的有限元模型是大型桥梁健康监测系统中损伤识别及安全评估、预警的前提。以一座三跨预应力混凝土连续刚构桥为例,根据设计资料,利用ANSYS建立其初始三维有限元模型,利用其健康监测系统采集得到的加速度时程数据,采用随机子空间法对实际结构的模态频率进行识别,依据识别结果,在参数灵敏度分析的基础上,根据最优化理论对该桥的有限元模型进行修正。研究结果表明,经修正后的有限元模型能真实准确地反映该桥梁结构的真实动力特性,可以作为健康监测中损伤识别、安全评估等研究工作的基准模型。     

藏式宫殿建筑门厅结构动力特性识别与有限元模型修正

门厅结构是藏式宫殿建筑地垄结构中唯一的木构架承重结构。由于木构架的残损,可导致其刚度和承载能力均有所降低。为研究某藏式宫殿门厅结构的动力特性及安全性能,通过环境激励下的结构动力特性现场测试识别了门厅结构的东西向和南北向振动的前3阶模态参数。按照实际尺寸建立门厅结构的精细化有限元模型,通过模型设计参数灵敏度分析,确定边界弹簧刚度参数和顺纹承压木构件材性参数作为模型修正参数,基于实测结果采用参数型模型修正方法,使修正后模型的各阶模态频率计算值与实测值的误差小于5%,振型残差小于0.3,振型模态置信准则(modal assurance criterion,MAC)值大于0.9,表明修正后的模型可以较好地反映门厅结构的真实动力特性,可用于后续藏式宫殿门厅结构的状态评估。     

基于模态灵敏度分析的框架结构损伤识别:灵敏度分析

结构损伤识别是开发结构安全监测系统中的一个重要课题。由于结构频率容易测试并且有较高的测量精度,因此成为损伤识别中广泛应用的模态参数。基于模态频率的灵敏度分析,提出了一种基于结构损伤前后频率变化测量的损伤参数识别方法,用于确定结构的损伤位置和损伤程度。     

温度影响下基于布谷鸟算法的钢–混组合结构桥梁有限元模型修正

结构在日常服役的过程中反复承受变化的温度荷载,温度变化会导致材料弹性模量的变化,进而影响结构的刚度,相应结构的动力特性也会发生变化。本文在建立有限元模型时将温度作为材料参数函数的一个变量,并基于Matlab建立了I-40钢混组合结构桥梁有限元模型并计算其自振特性。同时利用布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search)在考虑温度对结构材料参数的影响下对有限元模型进行了修正。修正后的结构模态参数与实验数据吻合良好,最大频率误差小于2%,模态置信准则MAC值均在95%以上,修正后的有限元模型可作为后续结构损伤识别的基准模型。     

基于动静力参数的结构损伤识别研究进展

基于振动的识别方法是损伤识别应用较为广泛的一种方法,而基于静力参数的识别方法较为直观,也是目前普遍使用的方法。本文综述了基于结构动静力参数的损伤识别方法研究现状,对模态参数、模型修正等方法做了一定程度的介绍,分析了各种方法的优点与不足,并展望了损伤识别的发展方向。     

基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法

及时、准确地发现桥梁结构的早期损伤,避免桥梁结构的突然破坏或倒塌,无疑具有重要的理论意义和重大的社会经济效益。文章提出基于响应面模型修正技术和单元模态应变能损伤指标的结构损伤识别方法,通过简支梁室内模型试验来检验方法的有效性,进而以下白石大桥为背景,通过数值模拟方法基于响应面模型修正和单元模态应变能指标进行下白石大桥支座损伤识别。结果表明:单元模态应变能损伤指标对开裂损伤和支座损伤具有较好的敏感性,可识别出多损伤位置和损伤程度,具有应用到实际工程结构进行损伤识别的潜力。     

基于应变模态参数的木梁损伤识别研究

为研究基于应变模态参数识别木梁损伤的方法,文中通过有限元软件ABAQUS建立不同损伤工况下的木梁模型进行模态分析,处理分析得到位移模态、应变模态及应变模态差曲线,以曲线的突变进行损伤定位识别。结果表明应变模态和应变模态差可识别出简支木梁的损伤,且识别精度高,与通过固有频率变化和位移模态的损伤识别相比,基于应变模态参数的损伤指标在梁损伤位置识别具有明显优势。     

桥梁损伤识别的实用模型修正方法研究

对面向损伤识别的桥梁结构模型修正实用方法进行了研究。提出了基于振动特性测量的三步模型修正策略和综合利用通用有限元程序ANSYS的优化功能进行模型修正的方法。为了缩减待修正的参数,根据计算目标函数对每个单元参数的敏感性,进行子结构划分,通过对子结构参数的修正进行结构损伤的大致定位,然后对确定为损伤的子结构的每个单元进行参数修正,进行结构的损伤定量识别和状态评估。修正算法的优化方法采用ANSYS一阶优化方法和随机搜索方法,敏感性分析和模型修正完全基于ANSYS软件进行,较适合于实际工程的应用。为了说明方法的可行性,以某一实际三跨预应力钢筋混凝土连续箱梁桥为仿真算例,以结构模型的单元刚度衰减来模拟损伤,进行损伤识别,达到了较好的效果。     

考虑温度影响的曲线箱梁有限元模型修正

模型修正按修正对象的不同可分为矩阵型修正法和参数型修正法,参数型修正直接修正材料参数和几何参数,然而材料参数(如弹性模量)往往受环境因素,特别是温度的影响,如果不在修正过程中考虑温度对材料弹性模量的影响,往往会得到错误的结果。文中介绍了一种考虑温度影响、基于优化理论的曲线箱梁有限元模型修正方法。首先认为有机玻璃模型的弹性模量温度相关,建立了两者的关系模型。然后建立有机玻璃曲线箱梁的实验室模型和有限元分析模型,通过地震台振动测试获取了实验模态,通过ANSYS模态分析获取了理论模态。最后考虑了温度的影响、基于优化理论的零阶优化和一阶优化进行有限元模型修正,成功地消除了温度对模型修正的影响,得到了后续损伤识别的基准有限元模型。     

基于斜率模态的统一化损伤识别指标研究

提出了一种基于规则结构第一阶频率斜率模态的梁式结构损伤定位与程度识别方法.分析比较了第一阶位移模态及其斜率模态对于结构系统参数的敏感性.结合有限元模型,形成一系列以斜率模态为基础得到的统一化损伤识别指标(UDI),以该指标表现出的损伤状态在不同损伤工况下对于任意楼层损伤程度都具有稳定性,这样就避免了大型损伤特征矩阵的计算.使用UDI指标对一剪切型梁在单损伤与几种多损伤工况下进行了损伤识别与定位,并且分析实际结构与数值模型系统参数存在误差的情况下的识别效果.还考虑了减少测点布置后的损伤识别效果,且对识别误差的原因进行了分析.研究结果表明:基于第一频率斜率模态的UDI指标在具有近似数值模型的条件下,能够确定损伤位置并且可以较精确地估计损伤程度,而且识别速度快.     

地脉动下对结构损伤指标修正的探讨

本文从地脉动用于结构损伤识别的特殊性出发,提出应对地脉动下的结构损伤指标进行修正,并基于刚度退化给出了修正后的损伤模型。通过对混凝土悬臂柱数值试验计算结果及受损混凝土结构模型实测数据进行分析和比较,验证了本文所做修正对提高地脉动下结构损伤识别的灵敏度和准确度是可行而且必要的。     

基于随机子空间的桥梁损伤识别

把基于随机子空间算法的模态参数识别引入到梁桥结构损伤识别中.在环境激励下测试结构完好状态和损伤状态的时程响应,建立离散空间时间状态方程,运用随机子空间方法识别出结构的系统矩阵和属性矩阵,识别结构两种状态下的模态参数,由模态参数构建损伤动力指纹,从而识别桥梁结构的损伤位置和损伤程度.     

基于实测数据的新型大跨度空间结构模型修正研究

空间网格结构通常是由相同或相似的子结构按照某种规则在三维空间范围内排列而成,由于组成结构的杆件相似、繁多且密集,致使结构具有较高的超静定次数,且频谱分布十分密集,这给空间结构的模态识别和模型修正带来了挑战。基于实测数据,首先运用ANSYS有限元软件建立精确的数值分析模型用于模型修正,同时通过实测手段采集到环境荷载激励下的结构温度数据和振动数据,继而采用频域分解法(FDD法)、自然激励技术联合特征系统实现算法(NEx T+ERA)识别出结构的模态频率和振型,最后通过混合优化算法修正结构节点刚度、杆件刚度和结构质量等参数来实现对结构有限元模型的修正。修正结果显示:该修正方法可大大缩减有限元模型模态频率与结构真实模态频率间的误差,达到了修正目的。     

结构有限元模型修正中的模态缩聚及扩展概述

大型土木工程结构的健康监测与状态评估是当前土木工程学界的研究热点之一,损伤诊断是其中的一个关键问题,是建立结构预警体系的重要因素。因此,建立能准确模拟结构响应的有限元模型对识别结构损伤意义重大,其中模型修正技术是建立高精度有限元模型的关键。文章简要介绍了结构有限元模型修正中模态缩聚及扩展的基本原理及方法。     

基于混合优化技术的模型修正研究及其实现

对GARTEUR飞机模型进行参数型修正过程的缩聚问题,参数的灵敏度问题及其参数修正的求解问题作了分析和探讨。在此基础上对飞机模型进行有限元建模和试验模态分析,得到分析模态和模态试验的前六阶模态,运用有限元数据和实测数据进行基于混合优化技术模型修正研究。该结果表明,方法对解决修正研究中的修正结果的不唯一问题及其精度问题有实际意义。     

高耸柔性结构的模态参数识别及模型修正研究

采用三种基于环境激励的模态参数识别方法(多参考点稳定图算法(M-NExT/ERA)、数据驱动随机子空间识别法(SSI/Data)和增强频域分解法(EFDD))对广州新电视塔(GNTVT)进行模态参数识别,得到前12阶模态参数。利用有限元软件ANSYS建立GNTVT的有限元模型,根据识别得到的实测模态参数,结合遗传算法对GNTVT有限元模型进行修正。结果表明:识别方法可靠,得到的结果具有较好的精度;修正方法前5阶模态具有较好效果,满足工程需要。     

大跨度空间网格结构的损伤定位

本文建立了基于模态曲率法和人工神经网络技术相结合的、适用于大跨度空间网格结构的损伤定位新方法,即首先应用模态曲率法判断结构是否发生损伤并识别发生损伤的局部结构,然后对发生损伤的局部结构利用人工神经网络技术识别损伤的准确位置。通过分析和比较发现,以模态曲率为基础的损伤参数比较适合于大跨度空间网格结构的损伤定位,三种以模态曲率为基础的损伤定位参数按有效性进行排序,从低到高依次为模态曲率、模态曲率差、模态曲率变化率;针对天津奥林匹克中心体育场大跨度悬挑管桁结构进行了不同损伤状况的数值模拟,验证了所建立的损伤定位方法的适用性和有效性。研究结果表明:利用模态曲率变化率识别损伤发生的大致位置,当单榀桁架发生损伤时,识别的准确率达到100%,当多榀桁架同时发生损伤时,识别的准确率达93.7%;采用人工神经网络技术识别损伤桁架的准确损伤位置时,在无测量噪声影响下,损伤定位的准确率达到97.0%,且测量噪声对损伤定位准确率的影响很大。     

考虑土-结构动力相互作用的框架结构的参数识别研究

对一座采用柱下独立基础的钢筋混凝土4层框架结构进行了随着层数增加的4种工况模态实验,用脉冲锤击法测试得到了各种工况的整体模态频率和振型。考虑地基-基础-上部结构动力相互作用,上部框架结构采用缩聚得到的弯剪结构模型,下部基础利用Pais等人提出的弹性地基上埋置矩形板的地基阻抗函数进行简化处理得到的计算模型。在满足地基动剪模量和各层混凝土的弹性模量随框架层数的增加而增加的原则下,建立了4种工况下的多目标优化准则。将基于频率数据识别欠定问题的灵敏度方法进行了结构物理参数以及地基参数同时识别,识别得到的模态实验值与测试值符合良好。识别结果能够反应地基基础对结构的影响并为进一步损伤诊断提供了依据。