桁架结构损伤识别的单元模态应变差法

从桁架结构的受力特点出发,利用两节点空间铰接杆单元有限元法,由节点模态位移推导出单元模态应变,提出采用损伤结构前后的单元低阶模态应变差作为桁架结构损伤定位的动力指纹,建立一种基于杆单元模态应变的桁架结构损伤定位方法.数值算例分析表明,该方法能在低阶模态测试自由度信息条件下,针对单处或多处损伤、支撑处损伤、轻微或严重损伤,以及多种损伤共存等不同损伤状况的桁架,均具有损伤定位的能力;并能根据损伤单元模态应变的差值确定出损伤程度;且在一定噪声水平下具有较强的抗噪能力,适用于实际观测条件下的桁架结构损伤定位.     

基于高精度模态应变能法检测结构损伤的研究

在模态应变能、完备模态应变能及高精度模态应变能法的基础上,提出了一种新的结构损伤诊断方法--高精度完备模态应变能法.本方法考虑了结构参数修改量高阶项的影响,同时将高阶模态对单元模态应变能变化的影响做近似处理,且用低阶模态表示.这样仅用低阶模态就可以准确进行结构的损伤定位和损伤程度评估,克服了现有方法精度不足且需要完备模态的缺点.数值仿真结果表明,在结构多种损伤情况即能够得到较满意的诊断精度,具有实际应用价值.     

结构智能健康诊断的理论与方法

对近20年来国际上在基于动力学参数的结构健康诊断方面的成就与问题进行了系统的回顾和总结，扩展了目前流行的一些结构健康诊断方法，建立了一系列新的结构健康诊断公式，从中发现：（1）结构的总体刚度矩阵[K]，模态特征值λj和模态振型[φ]j之间存在以下关系δλj=[φ]^Tj[δK][φ]j和δλj≤0。（2）对于损伤结构，[δφ]=0和｛δλ｝＝0同时发生的情况一定不存在。也就是说，结构损伤必然会在结构的内禀动力特征｛φ，λ｝上得到完整的反映，这一发现回答了人们长期以来的一项争论，即结构的内禀动力特征｛φ，λ｝是否足以作为结构损伤识别和定位的充分条件，答案是肯定的。（3）通常应变类结构动力学参数比位移类结构动力学参数对结构损伤更敏感。（4）利用多层前向人工神经网络的自组织学习功能和广义遗传算法的全局优化功能，设计一个基于广义遗传算法和人工神经网络的混合结构智能健康诊断演化系统是可行的，且该系统的知识库可实现自主进化。     

基于单元模态应变能法的桥梁结构损伤识别研究

桥梁结构损伤识别是对桥梁结构进行安全性评定的一个重要环节。本文首先根据桥梁结构损伤前后动力特性分析,导出由于单元损伤引起的结构模态振型的改变系数;然后,运用结构局部损伤因子法建立单元损伤敏感的指示因子,推导出单元损伤前后的单元模态应变能的变化,并对损伤单元与未损伤单元之间的关系进行了研究。最后,以单元模态应变能的变化率作为损伤定位的判别参数,对桥梁结构损伤定位的识别方法进行了研究,并以一座装配式预应力钢筋混凝土系杆拱桥作为工程实例,通过其在不同损伤情况下计算结果和实测结果的分析和讨论,说明该方法能够比较准确地对结构损伤进行定位识别,同时也证明本文研究方法的正确性和有效性。     

高精度模态应变能法结构损伤检测研究

基于摄动理论,通过考虑结构参数修改量高阶项的影响,推导了基于单元模态应变能的结构损伤评估方法;数值仿真结果表明,在结构多种损伤情况下,损伤定位准确、程度评估可靠,具有实际应用价值。     

桥上移动荷载识别的幂级数曲线拟合法

以振动力学基本理论为基础，讨论变截面梁上的移动荷载识别问题。采用平面梁单元的有限元振动方程及车－桥耦合振动方程进行振动分析。将梁体的有限元振动方程与模态迭加法相结合推导出了根据响应识别移动荷载的基本公式。以最小二乘法为基础，结合幂级数建立了位移、应变、加速度响应分段拟合公式。根据拟合公式可以得到测点响应的幂级数多项式，从而分别求得位移、速度、加速度及应变、应变速度、应变加速度响应曲线，进而求得模态     

基于模态应变能法的梁桥结构损伤识别研究

基于模态应变能法的基本理论,得到适用于梁桥结构损伤识别的指标。以某连续梁桥为例,假定结构存在不同位置和不同程度的损伤,通过ANSYS软件进行有限元分析,得到结构前5阶模态;编制相应Matlab程序对该连续梁桥进行损伤识别。结果表明:基于模态应变能法构建的损伤指标能够准确地对损伤进行定位、定量。     

基于模型修正理论的铁路桥墩损伤定量评估方法

基于有限元模型修正理论,以桥墩横桥向整体振动、横桥向局部振动和顺桥向局部振动模态的不同组合为输入,以墩身刚度、基底约束刚度和支座刚度为损伤识别参数,用模态频率残差和模态振型残差构造目标函数,实现对桥墩损伤的定位和定量评估。对评估方法的验证结果表明:利用由墩顶、墩中和墩底3个点响应分析得到的模态参数即可实现对桥墩损伤的评估;以桥墩的2种或3种模态为输入时,可同时识别墩身、基础和支座的损伤;对于大部分仅可测得横桥向整体振动模态的桥墩而言,利用该模态参数仍可对桥墩墩身和基础的损伤状态进行准确评估;该桥墩损伤评估方法的抗噪能力强,可收敛到全局最优解。     

基于单元模态应变能与区间分析的不确定性损伤识别

针对现有模态应变能损伤识别方法以确定性分析方法为主,而在工程实际中,测试数据不可避免会受到噪声、建模误差等不确定性因素影响,导致损伤识别精度降低,甚至可能出现误判的问题,提出基于单元模态应变能和区间分析的不确定性损伤识别方法.基于多次重复测量数据,采用区间数来量化响应的不确定性,建立区间损伤识别方程组;引入快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解方程组,计算单元刚度折减系数区间范围,采用区间重叠度与区间中值距离构造损伤定位和损伤定量指标进行损伤识别.数值算例结果表明:所提方法有效、可行,且具有较好的抗噪能力,5％噪声水平下,损伤识别误差不超过7.6％.     

用参数识别技术进行桥梁结构损伤识别

以有限元为工具,把桥梁结构模型中各单元的等效面积、惯性矩以及板壳单元的厚度作为识别参数,建立识别参数对于各种量测的灵敏度矩阵。测取结构某些部位的位移与应变,以此为基准与原先结构的分析结果进行比较,建立综合误差向量。通过优化方法调整当前计算模型的参数,使结构响应与相应的试验值最大程度地吻合,从而得到结构参数变化的信息。以此为基础实现桥梁结构的损伤判别。     

基于动力学特性的结构损伤识别研究进展

结构的健康监测和损伤识别技术对于分析结构的工作状态、评估结构的安全性具有重要的意义。近年来,工程结构损伤识别技术受到了广泛的关注。文章综述了目前国内外基于动力学特性的工程结构损伤识别理论研究与最新进展,内容包括固有频率、模态振型、曲率模态、应变模态、应变能变化、柔度变化等结构动态损伤识别技术。最后,展望了工程结构损伤识别技术研究的发展趋势。     

基于模态应变能的结构损伤检测方法研究

针对单元模态应变能法诊断结构损伤时需要完备模态的缺点，本文提出仅用部分低阶模态确定结构损伤位置和程序的方法，通过考虑高阶模态的近似贡献，能够得到较满意的诊断精度，具有实际应用价值。     

梁的位移测试

研究了如何应用应变片代替传感器进行梁的位移测试.在建立连续梁的运动微分方程的基础上,经过比较梁上测点的位移与应变的数学表达式,证明了简支梁以一阶模态振动时的动应变与动挠度具有正比关系.故只要测得连续梁的应变,即可得到连续梁的挠度.     

梁的位移测试

研究了如何应用应变片代替传感器进行梁的位移测试．在建立连续梁的运动微分方程的基础上，经过比较梁上测点的位移与应变的数学表达式，证明了简支梁以一阶模态振动时的动应变与动挠度具有正比关系．故只要测得连续梁的应变，即可得到连续梁的挠度．     

铁路客车试验模态参数应用分析

运用在振动试验台上和运行工况下模态试验辨识出的几种铁路客车的模态参数,采用综合性能研究方法,以模态参数为基础,分析了各型客车运行性能差异的原因,并提出了完善和改进客车振动性能的措施。     

基于柔度矩阵的结构损伤识别方法

针对在实际应用中结构的高阶模态较难获得的情况，提出基于柔度矩阵的损伤识别方法。通过一悬臂梁结构在多位置损伤情况下的数值模拟表明，只需识别结构的前3阶模态参数．便可对结构进行损伤定位。     

基于模态参数的铁路站台张弦结构损伤识别

研究目的:随着铁路客运站规模的不断扩大,为使站台的使用空间增加,我国很多铁路站台使用无站台柱式的大跨度雨棚,张弦结构因具有优异的受力性能而在无站台柱式雨棚中有着广阔的应用前景。因此,对服役中的铁路客运站张弦结构损伤状况进行识别、预测损伤后的极限承载力具有十分重要的意义。研究结论:(1)建议以频率变化率FRC_i和正则化频率变化率NFRC_i作为站台张弦结构体系的损伤识别参数;(2)建议以NFRC_1作为张弦结构的桁架损伤定位参数,以NFRC_2作为撑杆和拉索损伤定位参数,以FRC_3作为预应力损失识别参数;(3)给出了不同部位损伤后结构模态参数FRC_i与相对极限承载力k之间的关系;(4)本研究结果可为铁路站台张弦结构的损伤识别和极限承载力评估提供参考。     

基于模态应变能对高速转向架构架的动态性能研究

通过三维建模软件建立实体模型,然后导入到有限元软件ANSYS中进行模态分析,对比了自由状态和不同边界条件下的频率和振型,然后对实际线路上的构架进行了工作模态的测试并进行模态参数的识别。基于模态应变能的分析方法找出构架的薄弱位置,然后对其进行谐响应分析,得到薄弱位置处节点位移随频率变化的曲线,从而为进一步进行构架的动态响应分析以及结构的改进提供可靠依据。     

大跨度桥梁损伤诊断研究

建立简化的汀九斜拉桥有限元模型 (FEM) ,计算该桥的动力特性 ,利用完备模态应变能法 (CMSE)进行该桥的损伤诊断数值仿真试验。结果表明简化的汀九斜拉桥 FEM能够反映真实结构的动力特性 :完备模态应变能法适用于低频密频的大跨度斜拉桥、悬索桥等柔性结构 ,并且只需少量低阶模态即可保证结构损伤诊断精度     

高阶模态对铁路减隔震桥梁地震响应的影响

研究目的:针对减隔震桥梁的抗震分析,各国规范都提出了单模态的反应谱分析方法,然而在一些条件下高阶模态的参与程度增加将导致单模态的分析方法产生严重的偏差。为分析高阶模态对减隔震桥梁地震响应及简化抗震分析方法的影响,本文以高速铁路典型简支梁桥为例,采用模态时程分析方法探讨基阶模态对减隔震桥梁墩顶位移、墩底剪力等各项不同地震响应参数的贡献程度,并采用直接积分的非线性时程分析方法研究罕遇地震作用下墩顶位移峰值时刻、墩底剪力峰值时刻等多个关键时刻桥墩-减隔震装置-主梁体系的变形特点,最后采用一种单模态反应谱分析方法说明高阶模态对该类方法计算精度的影响。研究结论:(1)在墩高较高或减隔震装置设计位移较大的情况下,高阶模态将极大影响减隔震桥梁的地震响应;(2)基阶模态对于减震榫变形和主梁位移的贡献较大,而对墩顶位移和墩底弯矩的贡献较小,对墩底剪力的贡献程度最低;(3)高阶模态的影响会降低单模态反应谱分析方法的计算精度,尤其是墩底剪力;(4)本研究成果可应用于高铁桥梁的减隔震设计。