基于动力特性及BP神经网络的风电机组叶片损伤识别

为解决风电机组在运行过程中因环境侵蚀引起的叶片损伤不易直接观测的问题,利用ANSYS Workbench对含不同损伤位置、不同损伤程度的15 kW风电机组叶片进行有限元分析,并应用BP神经网络对其损伤程度进行量化判断。分析结果表明:通过叶片自振频率的变化可对其是否发生损伤及损伤程度进行识别,但不能对损伤位置进行定位;通过叶片应变模态的变化可对其损伤程度及位置进行识别;利用叶片的动力特性参数建立BP神经网络,可对其损伤程度进行量化判断,相对误差率在-1.57%～2.54%之间,识别效果较为精确。     

基于频率和模态的变电构架损伤识别研究

变电构架是变电站配电装置场地的重要构筑物,其安全可靠性与变电站密切相关。文章基于频率和模态推导了变电构架结构损失识别理论模型,且通过部分频率和模态片段来进行损伤识别,提高了灵敏度;利用传感器的先验信息,发展了一种测量点优化选择算法,以保证损伤参数识别过程的适定性。用交替进行测量点优化选择、参数识别和误差更新操作来最大限度地减少先验信息不准确所带来的识别误差对损伤识别结果的影响,尽量提高损伤识别的精度。     

基于动力特性的输电塔结构损伤识别研究

准确识别输电塔结构的损伤位置和损伤程度,对输电塔检修工作和电网安全运行具有重要的工程意义。针对输电塔结构特点,为提高识别精度,提出了一种新的输电塔结构损伤二步识别法,即以输电塔的动力分析为基础,将曲率模态和模态应变能作为指标,分损伤定位和定量两步识别输电塔损伤位置和损伤程度,并以某220kV输电塔为例,验证了该方法的可靠性并分析了不同损伤程度、损伤位置对识别精度的影响。结果表明,该方法能够准确地识别出输电塔的损伤位置和损伤程度。     

剪切型框架损伤定位的比较研究

比较了剪切型框架结构几种损伤定位指标,包括振型曲率、残余力向量、柔度矩阵和一阶振型斜率的有效性。通过一个10层剪切型框架结构的数值分析表明,振型曲率的改变不能正确识别结构损伤位置;残余力向量能够识别结构损伤位置,但需要预先获得结构完好状态下的刚度矩阵;柔度矩阵的改变能够识别结构损伤位置,但必须获得结构完整模态,包括难以准确测量的高阶模态;利用结构一阶振型斜率的改变能够克服上述缺点,可简便、准确地识别结构损伤位置。     

基于曲率模态小波分析对隧道结构进行损伤识别

本文主要针对隧道结构出现裂缝、变形等损伤,以对结构局部特征变化比较敏感的曲率模态作为响应信号,利用有限元分析软件对隧道进行简化,对隧道某一特定部位模拟损伤,提取其径向位移模态,然后利用小波将其径向位移模态转化成曲率模态,进而对其进行识别。结果显示,基于曲率模态的小波分析方法可以较好识别出隧道结构的损伤位置,对于单个或者多个损伤位置都具有较好的识别准确性。     

基于模态参数的在役风力发电机叶片损伤识别研究

通过对小型风力发电机叶片进行停转与运转状态下多种损伤工况的数值模拟,进行模态分析,以此研究叶片损伤识别与定位的方法,并提出加权柔度曲率指标,建立加权柔度曲率值与刚度损伤值的拟合函数.研究得到:首先通过自振频率的变化可判断叶片是否发生损伤;其次无论叶片是否发生损伤,随着叶片转速的增大,其固有频率都会增大.加权柔度曲率值在...     

基于多尺度模型的输电塔裂纹损伤识别及抗噪性能分析

高压输电铁塔健康监测对保证输电线路安全运行具有重要意义。以500 kV输电塔为例,建立多尺度模型,引入小波包能量曲率差作为损伤指标,提出了一种基于多尺度模型的输电铁塔裂纹损伤识别方法。研究结果表明,该方法能准确判断裂纹的损伤位置,具有良好的抗噪能力。将该指标结合支持向量机（SVM）方法对损伤程度进行识别,与最小二乘支持向量机（LSSVM）方法对比分析发现,LIBSVM方法更逼近目标值,识别效果更准确。     

基于声发射技术的风电叶片复合材料损伤模式识别

为研究风电叶片玻璃纤维复合材料在疲劳工况下的损伤模式,文章基于声发射技术提出了一种主成分聚类分析和BP神经网络相结合的材料损伤识别模型。首先,采集损伤声发射信号,并提取相关参数进行分析,对不同疲劳损伤进行分类;其次,对数据进行主成分分析,以降低噪声信号,去掉冗余信息;再次,对主成分进行聚类分析,将样本分簇并找出各簇与损伤之间的对应关系;最后,基于BP神经网络建立损伤识别模型,并基于试验数据对识别网络进行测试训练。训练结果表明,识别模型对3种未知类型疲劳损伤的识别率均高于90%,对未知损伤具有较好的识别能力。     

基于模态应变能变化率的大型风力发电机叶片损伤识别与定位

基于模态分析理论推导风力机单叶片结构的单元模态应变能变化率计算模型,使用有限元软件ANSYS建立某风场运行的1.5 MW风力发电机单叶片有限元模型,对叶片结构进行模态分析选择4个危险截面设置损伤单元,分8种不同损伤工况研究叶片的低阶模态频率以及模态应变能变化率,以模态应变能变化率作为表征叶片结构损伤的标识量,利用单元模态应变能变化率计算模型得到叶片在不同损伤位置与不同损伤程度下的损伤辨识结果。结果表明对于叶片位置和程度损伤的评估准确有效,可作为进一步研究和实现运行监测的方法。     

模态应变能理论及其在风力机叶片损伤识别中的应用

文章给出了风力机叶片的动力特性计算模型、结构体模态应变能的概念及其计算模型,定义了结构体损伤状态下的模态应变能变化率概念并给出其计算模型。在此基础上,以15 kW风力机叶片为研究对象,在ANSYS中建立有限元分析模型,计算该叶片在不同损伤位置与不同损伤程度下的频率以及模态应变能变化率,并以模态应变能变化率作为表征结构损伤的标识量,对含损伤的风力机叶片结构进行损伤辨识仿真。通过神经网络建立起损伤标识量和损伤状态之间的映射模型,为实现叶片损伤的诊断提供理论依据。     

Finite element analysis of vessels to study changes in natural frequencies due to cracks

When significant damage occurs in structures, there is a change in stiffness, which in turn affects the natural frequency. To study this, a study was conducted to analyse the effect of cracks on natural frequencies in two vessel structures. Finite element analysis has been used to obtain the dynamic characteristics of intact and damaged vessels for the first eight modes of these structures. Two kinds of vessel, boilers and storage tanks, were chosen and through-thickness cracks were analysed. Different cases were examined by changing the size and locations of cracks with the help of a FEM (Finite element model). Natural frequencies and mode shapes were analysed. The natural frequencies for different modes have been used as input pattern of ANN (artificial neural network) model. The output of the ANN model is a crack size for a particular location. It was found that as the crack size increased, natural frequency changed to a large extent, but the frequency was not reduced in the same manner for every position of damage for the same size of crack. It was also found that the reduction in natural frequencies depends upon the mode shapes of the structures.     

基于热红外图像的风力机叶片损伤识别方法研究

针对风力发电机叶片损伤人工检测效率低,受作业人员业务水平制约等因素影响大的问题,提出一种基于热红外图像的风力机叶片损伤识别以及损伤位置判定和损伤大小计算的方法,通过数字图像处理技术在Matlab 2019b平台开发实现.对附有人工损伤的风力机叶片热红外图像采用对比度拉伸、Gabor滤波、二值化阈值分割等方法提取损伤特征...     

航空发动机转子叶片损伤评定实验研究

针对发动机叶片损伤的评定,通过低压压气机二级转子叶片的涡流激振试验,在叶片振动状态下用扫频法测试叶片一阶固有频率;在叶片进气边不同位置预制不同半径的损伤,得到了不同损伤位置、损伤半径下叶片一阶固有频率,并利用BP神经网络方法对损伤和评定参数之间的非线形关系进行了评定,初步验证了理论分析结果,进行了损伤预测。     

拱坝冲击破坏的数字图像相关研究

以小湾拱坝模型为例,针对试验模型在冲击荷载作用下的破坏问题,采用数字图像相关技术分析了受冲击 后拱坝模型下游面的全场变形。在顺河向水平冲击荷载作用下,较小荷载作用时坝体未发现明显裂纹,但经数字 图像相关分析发现局部已严重损伤;在较大荷载作用后坝体发生整体失效破坏,破坏与损伤位置吻合。研究结果 表明,数字图像相关技术可用于大坝损伤检测和监测,且精度较高。     

基于振动特性的高温管线蠕变损伤的识别

以高温主蒸汽管线为例,应用有限元方法分析了大型高温管系在实际工况下的应力情况、蠕变损伤特点以及基于振动特性的损伤识别.以典型弯管为例,分析了在不同损伤情况下高温管道的振动模态变化特性.结果表明:在微小损伤的条件下,高温直管/弯管的频率变化较小,考虑到实际测量噪声的影响,单纯从结构的固有频率变化来识别微小的损伤是比较困难的;通过分析冲击响应的变化可以判断是否已经出现损伤,尤其是在损伤大于30%时,弯管对冲击响应的变化非常明显.     

热采水平井套损机理研究及对策

热采水平井发生套损后,修井难度大、费用高,成为影响超稠油开发的重要因素。选取辽河油田曙一区兴隆台油层的水平井,开展套损机理研究。该研究区储层埋深650~1050m,为高孔高渗砂岩油藏,原油具有三高一低特点,采取注蒸汽开发方式。截止到2012年底,已累计实施水平井223口,其中共计37口水平井发生套损现象,占水平井总数的16.6%。水平井套损分为悬挂器坏、油层套管坏和筛管坏3种类型。在对研究区热采水平井套损情况统计分析基础上,总结水平井套损部位及类型,得出注汽过程中产生的热应力、地层变形挤压水平井套管,是造成水平井油层套管损坏的主要原因;水平段钻遇泥岩、泥岩注汽过程中吸水膨胀卡住筛管,导致热应力无法释放,是筛管损坏的主要原因。在此基础上,提出优化钻井轨迹、加强随钻跟踪调整、提高大斜度段套管强度、加强生产管理等措施,预防水平井套损情况的发生。同时,对已发生套损的水平井,可利用大修、侧钻恢复生产。     

轮轨非对称接触及形面损伤问题分析

随着列车运行速度的提高,车轮形面损伤问题也日益严重。车轮形面损伤分为踏面剥离、车轮失圆和轮缘磨耗等类型。车轮形面损伤后会导致车辆的不平稳运行,使车辆一方面产生低频、中频和高频的振动,影响车辆的运行平稳性和乘坐舒适性,另一方面会引起车辆内部的噪声,车轮损伤严重时甚至会直接导致车辆脱轨事故的发生。车轮损伤问题是由轮轨接触非对称现象所引起的,轮轨非对称接触分为对称踏面与非对称钢轨的接触、非对称踏面与对称钢轨的接触以及非对称踏面与非对称钢轨的接触三种类型。当车轮形面或钢轨损伤后,就会导致轮轨非对称接触的发生,而轮轨非对称接触又会加剧车轮形面的损伤。为了提高车辆的动力学性能和运行稳定性,必须避免轮轨强非对称接触的发生。     

Effect of mechanical vibrations on damage propagation in polymer electrolyte membrane fuel cells

Vibrations and impact loads are common sources of mechanical damage in transportation applications; however, their impacts on polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) have yet to be fully investigated. In this work, the damage propagation in the membrane electrode assembly (MEA) is investigated under vibration conditions with a focus placed on the interface between the membrane and catalyst layer at the cathode. A numerical model based on the cohesive element approach is developed, and a parametric study is performed to investigate the effects of amplitude and frequency of applied vibrations as well as initial delamination length on damage propagation. Non-linear relationships were found between the damage propagation and these parameters, with the frequency of vibration having the dominant effect on damage propagation at larger amplitudes. This work provides insight into the importance of considering mechanical damage to the MEA under vibration conditions in transportation applications.     

混凝土中弹性波传播频漂特性数值仿真与试验分析

为提高声发射技术在混凝土结构损伤检测中的准确度,针对弹性波在混凝土介质中传播出现的频漂现象,采用有限元数值模拟和试验研究了混凝土梁结构中弹性波传播的频漂特性,基于Hilbert-Huang变换中的Hilbert边际谱,分析了仿真和试验结果中不同频率段的频率衰减特性,取得了较好的一致性,即频漂具有自相似性和整体性两大特点,其中自相似性体现为不同宽度频率段的频率成分均近似呈指数型衰减,且频率段频率越高,衰减系数越大;整体性则体现为主频随传播距离的增加快速向低频移动。