基于模态曲率法的海洋平台结构损伤识别与定位研究

针对海洋平台结构特点,将海洋平台结构分为若干子结构,基于模态曲率法结合模态应变发展了一种适用于海洋平台结构的损伤识别与定位方法.为了验证该方法的可行性和有效性,以一典型导管架平台为数值算例,建立有限元损伤模型,分别进行了单构件损伤及多构件损伤时的识别效果研究.数值计算结果表明将模态曲率法和应变模态相结合进行海洋平台的损伤识别与定位是切实可行的.     

基于曲率模态和小波变换的码头排架损伤识别方法*

为准确识别高桩码头的结构损伤,采用曲率模态、曲率模态差和小波变换法进行结构损伤识别,通过对码头排架不同损伤工况下的实例分析,验证了这3种方法在码头结构损伤识别中的可行性和适用性。研究结果表明,当结构无损模态未知时,采用曲率模态小波变换法能够较好地定位结构损伤;当结构无损模态已知时,运用曲率模态差法能准确定位结构损伤。进一步分析表明,曲率模态小波变换系数峰值和曲率模态差突变量还能用于初步判定码头结构多点损伤的损伤程度。     

基于模态应变能法的钢箱梁桥损伤识别

基于模态应变能法的基本理论,得到适用于钢箱梁桥损伤识别的指标。以某钢箱梁桥为例,假定结构在特定位置发生不同工况的损伤,利用Midascivil建立起有限元模型,得到前4阶的模态参数,编制相应的matlab程序进行损伤分析。分析结果表明:模态应变能法可以准确地识别结构的损伤位置。且高阶应变能变化率指标比低阶应变能变化率指标对结构的损伤更为敏感,奇数阶应变能变化率指标比偶数阶应变能变化率指标对结构的损伤更为敏感,定位更为准确。     

梁结构损伤诊断直接指标法应用

结构损伤识别主要是对各种工程结构进行检测并对检测结果做适当的分析,从而确定结构的健康状况。有研究表明应变模态比固有频率和振型对局部损伤更敏感,可以很好地进行结构损伤识别。结合有限元方法和直接指标法ISMSD(Strain Mode Shape Difference),无需原始模态数据,只根据损伤后的经三次样条插值的光滑应变模态差分曲线即可进行相关计算。文章应用该方法对假定损伤简支梁在多种不同损伤程度情况进行数值仿真计算,并给出损伤位置直接指标曲线。结果表明,该指标法能正确地判定损伤位置,尤其是损伤量较小时。     

环境激励下自升式海洋平台损伤诊断

为探究适用于海洋平台结构的有效损伤诊断方法,针对某自升式平台的比例模型开展环境激励下损伤诊断试验研究。分别采用频域法中的增强频域分解法和时域法中的随机子空间法处理测试数据,提取前三阶的固有频率、振型和阻尼比等模态参数,并结合频率和振型识别结果计算节点柔度矩阵。通过分析平台模型模态参数和节点柔度矩阵的变化率,识别预先设置的结构损伤。试验结果表明,两种模态识别方法均能有效识别环境激励下的平台模型模态参数,其中利用固有频率变化率能够有效判断结构是否产生损伤,利用振型和柔度矩阵的变化率能够实现损伤的准确定位。     

简支梁损伤定位的直接指标法应用

结构损伤诊断主要内容是对各种工程结构进行检测并对检测结果做适当的分析,从而确定结构的健康状况。损伤诊断要解决的关键问题之一是判断结构损伤的位置。结构损伤会对结构的物理特性如刚度,质量,阻尼等产生影响,从而使结构的模态参数如固有频率、振型等发生改变。研究结果表明应变相比固有频率和振型对局部损伤更加敏感。基于应变模态差分原理的损伤定位直接指标法ISMSD(Strain Mode Shape Difference)具有无需原始模态数据的优点。本文通过有限元方法计算得到非贯穿裂纹梁的位移模态,进而计算得到应变模态。再对经过三次样条插值的光滑应变模态差分曲线进行直接损伤指标值计算。对假定两处损伤的简支梁在几种不同损伤程度状况下进行数值仿真计算,直接根据直接指标值的大小正确地判定了损伤位置,尤其是损伤量较小时。     

多元结构损伤识别的曲率模态分析及数值仿真

应用改进的曲率模态分析方法对具有多处结构损伤的简支梁结构进行了损伤识别,通过数值计算得到了简支梁的曲率模态,由此结果可以确定出损伤单元及位置.由于曲率模态法对结构损伤的识别不敏感,所以文中提出了曲率模态差这一新的概念,思想是通过对曲率模态差的突变研究来判定损伤结构中损伤单元的位置.通过算例分析,其识别效果明显优于曲率模态法.     

粘弹性自由阻尼加筋板的随机响应分析和试验研究

本文针对粘弹性自由阻尼结构,基于模态应变能法推导出同时考虑粘弹性阻尼损耗因子和弹性模量频变效应的模态损耗因子修正公式,并选取某压筋板进行了计算和验证。在此基础上,以船舶阻尼加筋板为研究对象,开展随机响应试验研究,并对试验模型的模态损耗因子和随机响应进行了数值计算和对比分析。结果表明,采用该修正公式确定粘弹性自由阻尼结构的模态损耗因子,进而计算随机响应的方法是可行的。该方法对阻尼减振的相关分析研究具有参考价值。     

ERA法识别大型结构损伤与定位

大型结构物的重要性不言而喻,一旦结构物发生损伤,如何对结构进行实时损伤监测,是一个有价值的研究方向。特征系统算法(ERA)是近年来出现的时域模态参数识别技术。本文阐述了该算法的基本原理和具体实现方法,采用一典型的数值算例考核了ERA方法的可行性及其抗噪能力,实施了结构模型的模态参数辨识。计算结果表明该方法能够对结构物在发生质量和刚度的损伤时,实时有效的损伤识别与定位。     

基于结构动力学特性的高桩码头横向排架传感器优化布置方法

为了对高桩码头结构健康监测系统中的传感器布置提供理论指导,提出了一种基于结构动力学特性的传感器优化布置方法。在对高桩码头代表性结构单元横向排架进行结构动力学分析的基础上,运用模态应变能法选择高桩码头横向排架传感器初始测点;建立初始模态矩阵,然后利用模态置信度法和序列法对模态矩阵进行迭代、优化,确定传感器测点布置。建立了单个横向排架的数值仿真模型,利用传感器优化布置方法得到横向排架7根桩基的传感器测点布置结果,并对测点布置进行评估。模态向量间的夹角趋于正交,传感器布置方案有效,证明该传感器优化布置方法适用于高桩码头的传感器优化布置。     

Structural damage identification by a cross modal energy sensitivity based mode subset selection strategy

This paper presents a strategy specialized for modal energy (ME) based methods, including modal strain energy (MSE) and modal kinetic energy (MKE), to select the best mode subset prior to damage identification. The damages due to the changes in stiffness and mass of structural members are both considered. In order to apply the proposed scheme to a more general situation, the cross modal energy (CME) sensitivity instead of the usual ME sensitivity is derived and designated as a sensitivity index. According to this index, the mode combinations (MCs) that are more sensitive to stiffness and mass changes are retained, while the remaining MCs that complicate the process of damage detection are eliminated. One of the important applications of the proposed mode subset selection strategy (MSSS) is to optimize the Cross-model cross-mode (CMCM) system by eliminating some redundant equations, thereby improving the performance of the CMCM method and reducing the computational burden. Numerical and experimental studies are carried out to prove the effectiveness of the proposed scheme. The results show that the performance of the CMCM method has been significantly improved after adopting the MSSS.     

预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

对于水下结构,流体对结构模态频率的影响主要体现在预应力效应与流固耦合效应两方面.为研究水下壳结构固有频率对这2种效应的敏感度,本文首先计算某水下壳体在空气中的模态,然后研究壳结构在不同水深工作产生的静水压对其固有频率的影响,最后使用声固耦合的方法计算了流固耦合效应下的壳体湿模态.计算结果表明:流固耦合效应占主导因素,但随着壳体工作水深(预应力)的增大,预应力效应对水下壳体频率的影响也逐渐显著.因而,在开展水下结构动力学设计时,不仅要重点考虑流固耦合效应对结构固有频率的影响,还应关注结构实际工作环境下的应力状态,分析其对结构固有频率的影响.     

船舶结构运行模态参数辨识研究

运行模态分析是仅基于结构运行状态下的响应来提取结构模态参数的一种方法,通常假设环境激励为白噪声进行分析。实际上,船舶航行过程所受激励十分复杂,不能简单地假设为白噪声激励,由主机和螺旋桨等产生的确定频率激励同样存在。因此,航行中船舶所受激励可以假设为白噪声和简谐激励同时存在。进一步讨论了运行模态技术在船舶结构振动分析中应用的可行性和前景。研究使用带阻数字滤波技术滤除激励中的简谐成分来提高结构真实模态的辨识精度。讨论了自互功率谱密度法,并研究使用此方法提取同时受白噪声和简谐激励作用的简支梁的模态参数。实验结果表明该方法能够较准确地识别出同时受白噪声和简谐激励的结构模态参数。这对于分析航行中船舶有害振动结构的模态特征,并实施有效的减振优化措施具有很广泛的实际意义。     

128m打桩船桩架结构强度及模态分析

以128 m打桩船桩架为分析对象,利用ANSYS有限元软件建立桩架结构三维模型,模拟其在有风起吊、放置拖航这两种工况下的各构件应力及结构响应状态,校核桩架整体结构强度和稳定性,同时对桩架结构进行模态分析。模拟结果表明,桩架在这两种工况下的材料强度满足安全要求,并就所得数据对桩架的运行安全提出建议。     

综合集成桅杆振动特性研究

采用锤击法对由复合材料和钢材两种材料制造的综合集成桅杆进行了模态实验,将实验结果与有限元计算结果进行对比,二者吻合良好.并研究了板厚和骨材尺寸大小,设备重量以及桅杆外形对桅杆振动特性的影响规律.结果表明,桅杆总体首阶固有频率对板厚和骨材尺寸的变化不敏感,但受主雷达质量比和桅杆外形的影响较大.     

一维弹性结构在理想流体中的模态特性研究

为研究一维弹性结构在理想流体中的模态特性,建立了流固耦合振动模型。基于流体无旋、无粘不可压缩的假设,求解流体域内的速度势,根据流场分析得到水压力,将脉动水压力加载在结构表面,得到结构在水中的振动方程,并利用瑞利-利兹法求解得到圆柱梁在水中振动的固有频率和振型。在此基础上,基于应变测试对水池中的悬臂梁结构进行了模态识别,实验结果与计算结果相当吻合。研究发现,由于附连水质量的影响,弹性结构在水中的固有频率低于其在空气中的,其振型与空气中的形状基本一致,但其节点会向自由端偏移。     

组件功率流计算法和iSIGHT环境下隔振系统优化设计

解析导纳功率流计算法不适于复杂结构,基于有限元的功率流计算方法适用于各种复杂结构。但直接采用有限元法计算复杂结构效率很低,本文提出基于组件有限元技术的功率流计算方法,应用组件技术提高有限元功率流法的计算效率,并从计算模型大小、计算效率和计算精度等方面对组件计算法和直接有限元法作比较,结果表明通过合理选择组件类型和保留的子结构模态数,可以满足精度要求,而计算效率大大提高。最后在组件功率流计算基础上,应用优化软件iSIGHT作隔振系统优化设计,对优化参数作灵敏度分析。该方法具有工程参考价值。     

电子机柜模态试验与分析

以重新组装后的车载环境下的电子机柜样机为研究对象,力求在机柜结构方案设计阶段获知和改善其动态特性,以提高结构在动态环境中抵御振动和冲击的能力,文中将现代测试手段与模态分析技术相结合,介绍了电子机柜的试验模态分析方法,从工程应用出发,采用力锤激励进行了模态试验,并应用模态分析软件辨识其模态参数,与有限元模型参数进行了比较和误差分析,为进一步的理论分析及结构设计改进提供了指导．