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。     

高桩码头桩基动力损伤识别方法

结构的损伤对其动力特性会产生一定的影响,利用结构损伤前后的模态参数的变化来进行结构的损伤识别是行之有效的方法。然而结构在完整状态下的模态参数很难得到,损伤程度更是难以确定。针对上述问题,提出一种基于损伤状态下的拟合曲率模态的损伤识别方法:首先通过损伤后的位移模态拟合出无损伤位移模态,然后根据拟合出的位移模态得到拟合曲率模态,基于损伤后的真实曲率模态相对于拟合曲率模态的突变来判别损伤位置;引入曲率相对改变量、损伤位置参数和模态阶数作为损伤样本的特征向量,通过支持向量机判断结构损伤程度。实例分析表明该方法能够对高桩码头排架结构的损伤进行识别。     

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.     

对几种损伤识别方法的噪声敏感性分析

以简支梁、三维框架结构、Benchmark框架模型、海洋平台结构为分析对象,选择柔度差值曲率法、模态应变能法、改进后的模态应变能法和交叉模型交叉模态方法（CMCM）等4种结构损伤定位指标,对分析对象的抗噪声干扰能力进行对比分析。分析结果表明,改进后的模态应变能法和CMCM方法对于结构损伤定位均有较好的抗噪性。     

基于柔度曲率矩阵的加筋板结构损伤识别方法

为了对船舶工程中典型结构即加筋板结构的损伤部位进行准确的损伤识别分析,文章提出了一种基于柔度曲率矩阵的损伤识别方法并进行了仿真分析。首先对加筋板结构进行单元划分,以结构响应通过矩阵的列最大值来建立节点柔度矩阵,并通过二阶微分对柔度值的变化进行放大进而得到柔度曲率矩阵,最后通过柔度曲率矩阵图或者柔度曲率矩阵的行(列)曲率图来判断损伤位置。算例分析表明,该方法损伤定位准确并且具有较高的灵敏度,避免了使用原未损结构的模态参数,只需损伤结构的一阶或者前几阶模态信息就可以有效地进行损伤识别分析。通过大量模拟,给出了加筋板结构损伤的判别图。     

基于柔度曲率矩阵的曲面板结构损伤识别方法

为了对船体中曲面板结构的损伤部位准确地进行损伤识别分析,提出了一种基于柔度曲率矩阵的曲面板结构损伤识别方法并进行了仿真分析.按照Kirchhoff薄板假定对板结构进行单元划分,以结构的响应重建柔度矩阵,并通过类曲率半径方法对柔度值的变化进行放大进而得到柔度曲率矩阵.算例分析表明,该方法损伤定位准确并且具有较高的灵敏度,避免了使用原未损结构的模态参数,所需损伤结构的模态少甚至只需一阶模态信息就可有效地进行损伤识别分析.     

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。     

基于小波变换的码头结构损伤预警试验研究

为提高码头结构损伤识别方法的准确性和适用性,将小波分析引入到结构损伤识别中.首先介绍了小波变换的基本原理,然后通过高桩码头常见的钢筋混凝土简支梁损伤试验,验证基于小波变换的码头结构损伤预警方法在实际结构上应用的准确性和适用性.对试验梁进行完好工况和损伤工况的动力响应测试,对得到的曲率模态响应进行小波包变换,判定试验梁的损伤位置和损伤程度,从而实现对码头结构的损伤预警.     

基于柔度曲率的板结构损伤识别的研究

按照Kirchhoff薄板假定对板结构进行单元划分，以结构的响应重建柔度矩阵，并通过二阶微分对柔度值的变化进行放大，进而得到柔度曲率矩阵用来损伤定位，再通过给出的等效柔度曲率变化率来判断损伤程度。算例分析表明，该方法损伤定位准确并且具有较高的灵敏度，避免了使用原未损结构的模态参数，所需损伤结构的模态少甚至只需一阶模态信息就可以有效地在进行损伤定位的同时判断损伤程度。     

结构损伤识别的数值模拟

为了找到一个对小损伤较敏感的参数,在结构自由振动微分方程基础上,结合损伤结构的测试数据(用有限元模型的计算结果来模拟),得到残余向量,利用广义逆和矩阵投影定理,导出了一个具有很好识别效果的参数:残余向量投影范数.从中很容易确定出损伤单元,进而计算出这个损伤单元的损伤因子即损伤程度.通过算例分析,发现该参数对结构中损伤非常敏感,能识别出结构中的微小损伤,而且不受损伤位置的约束,仅需要结构的前几阶模态就能达到很好的效果.     

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。     

水下爆炸作用下对称结构船体梁整体损伤特性研究

基于相似原则设计了全封闭对称结构船体梁模型,将TNT炸药置于模型中部正下方爆炸,通过改变爆距和药量来研究梁模型在水下近距非接触爆炸作用下的整体损伤特性,比较爆炸气泡运动对梁结构造成的中垂和中拱弯曲损伤作用,探索近距条件下炸药爆炸造成梁发生整体损伤变形时的高效攻击方式。研究发现:在近距非接触爆炸作用下,当爆炸气泡脉动频率与梁一阶湿频率相近时,水下爆炸气泡对梁结构造成的损伤作用以中垂弯曲为主,且爆径比越小,中垂损伤作用越明显;若爆径比不变,随着药量的增大,梁的整体损伤模式会由中垂弯曲向中拱弯曲转变;一定爆距范围内,炸药在远距离多次爆炸比近距离一次爆炸所造成的梁结构中垂损伤变形要大。     

装配式高桩码头全简支梁水平力传递性能

全简支梁结构具有快速装配的优点,但由于对其水平力传递性能研究不足,在装配式高桩码头中应用较少。通过有限元模型计算对比,分析了全简支梁结构受水平集中力情况下码头结构的位移分布规律。结果表明：全简支梁体系对码头结构水平力传递性能削弱的影响较小,在面层连续的情况下能有效传递水平力,是可行的装配式技术方案。采用全简支梁体系的高桩码头结构宜在《码头结构设计规范》规定的基础上,将水平力分配系数及计算位移值适当提高。     

单壳船舷侧结构的碰撞分析

给出一种计算船体结构基本构件——梁、板耐撞性的简化分析方法,并将该方法应用于单壳船舷侧结构的碰撞分析。讨论了球鼻首撞击作用下单壳船舷侧结构的总体破坏模式及其渐进破坏过程,提出了计及渐进破坏过程的碰撞损伤简化计算方法。实例计算结果表明:该简化分析方法能对单壳船舷侧结构的耐撞性作出合理的预报,可应用于船舶设计阶段船体结构耐撞性能的评估。     

含损伤加筋板结构声辐射阻尼变异研究

从能量耗散角度提出了结构声辐射阻尼的有关概念,考虑到辐射阻尼的特性,文章采用结构振动时耗散能量与振动总能量的比来建立辐射阻尼的数学模型,并用数值计算的方法研究简支板结构的声辐射阻尼特性.在研究结构损伤对声辐射阻尼影响的时候,以加筋板结构为例,计算结构不同损伤情况下的声辐射阻尼.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用Kachanov理论,引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对声辐射阻尼的影响.文章建立了一种含损结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

基于振动的简支梁裂纹损伤识别研究

针对传统损伤检测对早期裂纹不敏感的问题,研究了基于振动的裂纹损伤检测。文中对简支梁的裂纹损伤进行了理论分析、数值模拟和实验研究,结果表明简支梁的各阶模态频率随着裂纹深度的的增加而减小,证实了基于模态频率检测裂纹损伤的可行性,为损伤的早期检测提供了依据。     

基于塑性模型法的钢筋混凝土靠泊码头损伤检测（英文）

A conventional method of damage modeling by a reduction in stiffness is insufficient to model the complex non-linear damage characteristics of concrete material accurately. In this research, the concrete damage plasticity constitutive model is used to develop the numerical model of a deck beam on a berthing jetty in the Abaqus finite element package. The model constitutes a solid section of 3D hexahedral brick elements for concrete material embedded with 2D quadrilateral surface elements as reinforcements. The model was validated against experimental results of a beam of comparable dimensions in a cited literature.The validated beam model is then used in a three-point load test configuration to demonstrate its applicability for preliminary numerical evaluation of damage detection strategy in marine concrete structural health monitoring. The natural frequency was identified to detect the presence of damage and mode shape curvature was found sensitive to the location of damage.