基于横向模态差的桥梁横联构件损伤识别

讨论桥梁结构横向刚度的研究现状和影响因素,比较国内外规范关于横向刚度、横向水平变形限定的异同。文章提出用桥梁结构双侧响应模态差对结构的横向联系完整性进行评估,进而对桥梁结构的横向刚度进行探讨;通过比较全桥的双侧模态的响应差值曲线差异,对结构可能存在的损伤进行定位识别和初步的损伤程度识别。通过对一两跨连续钢桁架桥的有限元模拟分析,验证该指标对于横向联系完整性的评估和结构损伤识别的有效性和敏感性。     

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。     

基于模态分析技术的大跨度斜拉桥主梁损伤识别

根据模态曲率的概念,构造结构损伤指标。采用有限元方法,对1座设定主梁不同位置发生损伤的大跨度预应力混凝土斜拉桥进行动力特性分析,利用构造的结构损伤指标对结构损伤进行识别研究。结果表明:结构损伤指标对结构损伤的识别精度与参与计算的模态振型及节点间距有关。应选择在损伤位置振幅较大的模态振型,而避免平衡位置处于损伤位置或附近的模态振型。该方法对结构的早期损伤可进行定性判断,结构损伤指标随结构的早期损伤程度的增大而增大,且增长幅度逐渐变小,当结构损伤达到一定程度后,损伤指标不再增大,而在渐近线附近波动。节点间距在一定范围内增大时,不影响损伤位置的识别,甚至可以确定损伤程度,但可能会反映不出损伤对其临近区域的影响;节点间距过大,可能发生漏判。     

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。     

西宁北川河钢管混凝土拱桥的理论和实验模态分析

对西宁北川河钢管混凝土拱桥进行了理论与实验模态分析，该桥为中承式钢管混凝土系杆拱桥，净跨90m，桥面净宽2l.6m。本文首先介绍了现场环境脉动实验概况，利用频域中的单模态识别法(SDOFI)、峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)分别进行桥梁动力参数识别；利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型，并进行了参数修正，理论和实验模态分析结果具有相当好的吻合程度。参数分析表明：不同规范的动力特性计算结果是有一定差别的。此类测试和分析可以提供结构健康监测的基准模型，服务于结构状态评估和修复。     

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.     

基于粒子群优化支持向量机的斜拉桥主梁损伤识别研究

为了能够更加准确地判断结构损伤位置和程度,本文提出了基于粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)方法对斜拉桥主梁进行损伤识别的新方法。该方法以最敏感索张力指标作为损伤识别指标,利用粒子群(PSO)算法寻找支持向量机(SVM)最优参数,建立SVM预测模型,以不同位置、不同损伤程度下最敏感索的张力指标作为SVM的训练和测试输入,由SVM的输出确定损伤位置。通过对实验室的模型斜拉桥的主梁损伤进行了仿真验证,结果表明:采用PSO算法很好地解决了采用SVM方法进行损伤识别时的参数选择随机性难题,实现了对SVM模型参数的自动优化,基于PSO-SVM的损伤识别方法对斜拉桥主梁不同程度的损伤均有很高的识别率。     

边界条件对比例车体模态参数的影响

边界条件是结构进行模态分析的基础,不同的边界条件施加方式通过改变结构刚度影响结构模态参数。首先通过理论推导计算模态分析和试验模态分析的基本原理,然后对比例车体有限元模型建立5种可行的边界约束条件,计算分析知弹簧悬挂时比例车体前30阶固有频率与自由模态最大误差为0.02346%,边界条件4和边界条件5时固有频率最大误差分别为25.3386%和10.2383%,在试验模态中可用弹性悬挂模拟结构自由模态。对弹簧悬挂、弹簧杆悬挂和空簧支撑3种不同边界条件下的比例车体进行锤击模态试验分析,得出第3阶垂弯频率最大误差分别为2.545%、2.961%和4.812%,均小于误差允许值5%;利用模态判定准则(MAC矩阵)判定试验模态中结构固有频率的相关性,验证了边界条件对比例车体模态参数的影响。     

轨道牵引电机铁心材料参数识别

由薄硅钢片叠压而成的铁心结构被广泛应用于轨道牵引电机,其具有横观各向同性特征.通过模态实验与参数识别,获取了铁心模态测试数据与有限元模型的相关性,确定了铁心属性相关参数,基于该材料参数建立的有限元模型分析结果与实验吻合度较高.同时进一步分析了铁心轴向长度、叠压力值对参数的影响,轴向长度参数对铁心有"钢化"效应,在工艺参数范畴内,叠压力对铁心有"软化"效应,对牵引电机铁心结构设计与应用有一定指导意义.     

基于基准有限元模型的箱梁TMD振动控制研究

针对高架桥梁结构引起的振动噪声问题,研究TMD控制箱梁结构振动的特性。为了获得精准的箱梁有限元模型,首先以铁路32 m简支箱梁桥为原型,按10:1的几何相似比设计制作简支箱梁缩尺试验模型,应用ANSYS软件建立初始动力有限元模型;对有限元模型模态分析与试验模型模态测试得到的自由模态信息进行误差分析,并采用基于灵敏度分析的模型修正技术对初始动力有限元模型弹性模量和密度进行修正,得到基准有限元模型,误差确认结果显示修正后的有限元模型更精准地反应箱梁的振动特性;进一步利用基准有限元模型,开展TMD控制简支箱梁桥振动的研究,研究结果表明TMD对于抑制桥梁竖向共振有很好的效果。     

基于模态参数的工程结构损伤识别方法

介绍了结构故障诊断的技术手段以及应用振动诊断进行结构损伤识别的研究现状。应用有限元程序进行模态分析和频响分析,得到在不同损伤度的条件下轮对局部模态频率和振幅幅值的变化趋势。提出基于频率移动和模态振型变化来判断结构损伤。     

基于有限元及神经网络的土体参数反分析

针对采用试验得到的土体力学参数进行模拟计算的结果与实测数据偏差较大的问题,应用有限元与BP神经网络相结合的位移反分析方法,把计算的桩体侧向位移作为神经网络的输入,对应的土体力学参数作为网络输出,对神经网络进行训练.训练成功后,再利用现场实测的桩体侧向位移带入训练好的网络进行反分析,从而得到符合实际的土性参数值,结合某深基坑工程,通过实测值与计算值的对比验证了该方法的科学性.     

基于EMD和随机减量技术的大型桥梁模态参数识别

结合南京长江大桥结构健康监测信号,提出将经验模态分解(EMD)与随机减量技术(RDT)相结合进行结构模态参数识别的方法。对于环境随机激励,经EMD分解后的结构模态响应,实际上由自由振动响应和外荷载引起的强迫振动响应2部分组成,可应用RDT得到对应模态的自由振动响应,从而识别结构的频率及阻尼。通过与有限元及谱分析结果相比较,证明了将EMD与RDT相结合的方法识别非平稳振动信号模态参数的有效性和合理性,适合于大型桥梁结构的模态参数识别。     

结构损伤识别的同步优化模式研究

结构损伤识别采用传统优化模式时，需要进行结构动力特征方程分析和动力参数灵敏度计算，求解过程复杂。从结构损伤演化的物理过程和测试误差角度出发，提出同步优化模式。以结构的损伤系数和动力参数为设计变量，将损伤系数在损伤状态与初始状态间的欧拉距离定义为目标函数，将结构动力特征方程及模态正交规格化条件转化为设计变量的等式约束，隐式动力参数约束简化成设计变量本身的界限约束。同步优化模式的算例识别表明，同步优化模式能够准确识别噪音下的结构单损伤和多损伤，且有着较好的收敛性能。整个求解过程无需进行结构动力特征方程的分析和动力参数灵敏度的计算，求解效率很高。     

基于PolyMax模态参数识别法的轴装式制动盘模态试验

针对结构复杂的轴装式制动盘模态参数无法采用有限元法快速准确识别的问题,基于PolyMax模态参数识别原理,搭建制动盘模态试验系统;采用锤击法进行轴装式制动盘的模态试验,运用PolyMax法对采集的频响函数数据进行模态参数识别,提取制动盘前10阶模态、阻尼和振型参数,分析制动盘的模态特性和传感器附加质量对制动盘模态频率的影响。结果表明:传感器附加质量对制动盘结构模态频率无影响;制动盘振动模态形式主要有周向模态、径向模态和混合模态3种类型,在频率1 627 Hz附近存在频率几乎一致的重根模态,模态复杂性比较低,近似为实模态振型,满足循环对称结构的典型模态振型特征;PolyMax模态参数识别法能快速准确地识别轴装式制动盘的模态参数,可为制动盘动力学特性分析和结构优化设计提供基础。     

基于模态柔度曲率改变率的桥梁结构损伤识别方法

在以往模态柔度损伤指标研究成果的基础上,提出模态柔度曲率改变率MFCI(aver)的结构损伤识别方法.该方法首先对损伤前后的模态柔度矩阵各列元素进行代数平均,将计算得到的平均值作为模态柔度向量{fu}和{fd}的元素,然后利用差分法求出模态柔度曲率,最后将损伤前后的模态柔度曲率差值按损伤前的模态柔度曲率值进行归一化,从而得到模态柔度曲率改变率指标.对简支梁和连续梁,采用MF,MFC,MFCI(aver),MFCI(max)4种结构损伤指标进行损伤识别效果比较的结果表明:模态柔度曲率改变率结构损伤识别方法在识别过程中,由于用模态柔度列向量代替模态柔度矩阵,避免了大型矩阵运算,明显提高了识别速度;对数据进行平均处理,明显改善了抗噪能力.     

基于曲率模态法识别轨道板的伤损研究

无砟轨道轨道板在施工和运营中存在空洞及裂缝等伤损,伤损的出现会改变结构的动力学特性,由模态分析理论可知,系统特性的改变必然会引起模态参数的改变。建立轨道板-砂浆有限元模型,通过单元刚度的折减来模拟轨道板单处伤损和多处伤损,运用曲率模态识别伤损的方法对轨道板横向和纵向分别进行曲率模态计算分析。计算结果表明:轨道板横向和纵向任一方向的曲率模态和曲率模态差都能准确的识别出伤损位置,并且可以依据这两个指标识别出轨道板的多处伤损。     

既有提梁机结构损伤识别方法研究

研究目的:针对大吨位提梁机表面锈蚀、焊缝或板材裂纹等结构损伤不易检测识别,极易引发安全事故这一问题,结合提梁机结构特点,本文利用ANSYS软件建立有限元模型,进行不同结构部位、不同损伤程度的仿真分析,研究结构损伤对结构动力特性和主梁挠度的影响规律,以探求提梁机结构损伤识别方法。研究结论:(1)利用动力特性的变化可以识别结构损伤的发生,但不能确定损伤位置;(2)提梁机结构型式的不同导致其振动模态发生变化,针对不同结构型式的提梁机,结构损伤引起的频率变化敏感阶次不同;(3)通过观察主梁挠度变化曲线可以识别主梁结构损伤,且能够确定单点损伤或多点损伤的损伤位置;(4)该研究成果可为既有提梁机的结构检测和状态评估提供理论参考。     

基于试验设计的结构损伤概率诊断方法

基于结构损伤识别问题的求解特点,将试验设计引入损伤识别过程,提出基于均匀试验设计的结构参数识别及损伤概率诊断方法.首先通过响应面拟合获得结构响应和待识别参数之间的显式表达式,然后据此进行参数识别问题的求解,以提高参数识别问题的求解效率并降低其求解难度.在此基础上提出结构损伤的概率诊断方法.根据一斜拉桥结构的损伤识别算例对本文方法和传统损伤识别方法进行对比研究.研究结果表明,所提出的方法能够显著提高损伤识别的求解效率,并能够在观测噪声水平较高的条件下实现损伤的准确定位及损伤程度识别.本文的方法和思路可为结构损伤识别提供一种可行途径.