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.     

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。     

嘉兴港航发展调研报告

根据工程结构损伤识别的特点,利用测试模态参数,确定了结构柔度矩阵并通过损伤前后柔度矩阵变化特点确定结构损伤位置,通过一个28自由度的桥梁结构的计算算例表明,该识别方法效果好,在工程应用中具有一定的实用价值。     

基于模态柔度的高桩码头桩基损伤识别

无损、快速的高桩码头桩基检测方法是工程界的研究热点.设计了高桩码头桩基动力损伤识别模型,通过有限元模拟计算和物理模型试验研究模态柔度在高桩码头损伤识别中的适用性.研究结果表明:1)在有限元模拟中模态柔度可准确识别损伤所处位置,损伤程度越大模态柔度变化越大,模态柔度变化量可定性反映结构损伤程度.2)基于试验振型得到的模态柔度可反映损伤位置,但由于测试噪声和试验误差的存在,损伤识别效果没有基于数值模拟计算理想,且不能反映损伤程度.高桩码头桩基模态柔度损伤识别的广泛应用还需要动力测试技术和模态分析技术的进一步发展.     

舰船加筋板结构的圆孔形穿甲损伤识别方法

[目的]舰船在执行作战任务时会受到导弹或炮弹的攻击,而穿甲损伤识别有其特殊性,对其进行专门研究具有重要意义。[方法]以舰船普遍存在的加筋板结构作为研究对象,首先,采用加筋板前3阶模态的固有频率作为特征参数的概率神经网络(PNN)对加筋板进行圆孔形穿甲损伤识别研究;然后,通过结合模态特征和加速度方差的结构损伤识别方法,解决固有频率的对称性识别问题。[结果]结果表明,所用方法对圆孔形穿甲损伤的定位和损伤程度识别效果良好。[结论]概率神经网络收敛速度快,易于在硬件上实现高度吻合的加筋板结构圆孔形穿甲损伤识别问题。     

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。     

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。     

船舶损伤识别方法和应用

  目的  舰船在执行作战任务时会受到导弹或炮弹的攻击,而穿甲损伤识别有其特殊性,对其进行专门研究具有重要意义。  方法  以舰船普遍存在的加筋板结构作为研究对象,首先,采用加筋板前3阶模态的固有频率作为特征参数的概率神经网络（PNN）对加筋板进行圆孔形穿甲损伤识别研究;然后,通过结合模态特征和加速度方差的结构损伤识别方法,解决固有频率的对称性识别问题。  结果  结果表明,所用方法对圆孔形穿甲损伤的定位和损伤程度识别效果良好。  结论  概率神经网络收敛速度快,易于在硬件上实现高度吻合的加筋板结构圆孔形穿甲损伤识别问题。     

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。     

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.     

典型加筋板拉伸疲劳试验方法

加筋板是船体结构的主要组成部分,针对船用加筋板试件在疲劳试验过程中连接段先于考核段破坏的技术问题,文章开展了加筋板拉伸疲劳试验技术研究,提出了加筋板拉伸疲劳试件设计方法。在此基础上,依据疲劳累积损伤理论,结合声发射动态裂纹检测技术,建立了基于声发射技术的疲劳累积损伤试验方法。通过加筋板拉伸疲劳试验验证了该方法的可行性和适用性,实现了疲劳试验的考核目标,可为以后类似结构疲劳试验提供方法参考。     

含损伤加筋板结构声辐射模态变异研究

本文采用声辐射模态的有关理论,用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性.以加筋板结构为例,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的声辐射模态.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K8chanov理论,引人了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,计算分析了损伤对振动频率、模态以及声辐射模态的影响.文章建立了一种含损伤结构的分析方法,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.     

循环荷载作用下加筋板格单元的损伤累积及力学模型研究

为了计算加筋板和船体梁在循环荷载作用下的极限强度,将一种能够考虑损伤累积和构件局部屈曲的一维钢材等效本构模型引入到加筋板格单元中,提出加筋板格单元在轴向循环荷载作用下的损伤累积力学模型,采用Visual Basic程序编制了计算程序,对若干加筋板格单元在双向轴向循环荷载作用下的承载性能进行计算研究,并使用非线性有限元软件Abaqus进行对比验证,结果表明所提理论方法具有较好的精度。     

复合材料胶接修补金属裂纹板的应力强度因子研究

  目的  为研究碳纤维增强复合材料（CFRP）粘贴修复含裂纹加筋板的极限强度,  方法  采用非线性有限元法对在轴向压缩载荷作用下的CFRP修复含裂纹加筋板的极限强度进行分析,基于CFRP修复含裂纹加筋板模型,对仿真结果与文献的试验结果进行比较,验证所提方法的准确性。以CFRP双面修复含裂纹加筋板为例,研究CFRP加筋板的极限强度,并对胶层剥离机理和胶层应力进行分析。  结果  结果表明,使用CFRP修复含裂纹加筋板后其极限强度得到了明显提高,且接近于含几何初始缺陷加筋板的极限强度;CFRP修复含裂纹加筋板的脱胶行为发生在极限强度之后。  结论  使用CFRP修复含裂纹损伤的加筋板可有效提高其极限承载能力,研究结果可为船舶与海洋工程结构修复提供参考。     

含损伤加筋结构的振动与声辐射特性研究

采用有限元／边界元方法针对加筋结构,研究了损伤对振动与声辐射特性的变异特性。将损伤模型引入结构有限元分析中,针对各向同性损伤单元模型中,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模型中,采用Kachanov理论,分别引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数。基于Mindlin板理论,建立描述健康和损伤的4结点有限壳单元模型,采用有限元方法计算结构振动特性与表面动力响应。基于4结点二维线性边界元模型,根据Rayleigh积分可以计算结构振动向外辐射的声压,进而可以得到辐射声功率和辐射指向性。为了研究损伤结构处于空气或水中不同损伤位置和大小对结构振动及声特性的影响,文章建立了含损伤结构的动力与声辐射分析方法,就各种损伤对结构振动频率、振动模态与声辐射模态、辐射阻尼、辐射功率与指向性的影响进行了数值模拟。通过对典型算例分析,得出了相应的结论,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。     

水下爆炸条件下自由场压力载荷时频特征分析

  目的  加筋板结构参数对其抗水下爆炸性能有重要影响,需要对加强筋高度、加强筋数目、加强筋厚度等参数的具体影响进行分析。  方法  基于耦合欧拉−拉格朗日（CEL）方法开展数值模拟研究,分析加筋板结构参数对结构抗爆性能的影响。基于加强筋在水下爆炸载荷作用下的吸能规律,引入系数来表征加强筋的影响程度,提出一种考虑加强筋系数的等效厚度计算方法。  结果  对加筋板抗水下爆炸能力影响显著的3个因素分别是加强筋高度、面板厚度和加强筋厚度,翼板厚度影响较小。在结构质量改变量相同的情况下,横/纵向加强筋高度对加筋板破口面积的影响是翼板厚度的2.5倍,面板厚度和横/纵向加强筋腹板厚度对破口面积的影响是翼板厚度的2倍。随着加强筋高度、加强筋数目、加强筋厚度等参数的增加,加筋板结构强度和抗水下爆炸能力增强,损伤程度减小。采用考虑加强筋系数的等效厚度计算方法得到的相关性系数为−0.94,该方法能较好地反映加筋板抗水下爆炸的能力。  结论  研究结果可以作为舰船结构抗水下爆炸载荷评估的基础,为舰船抗爆结构设计提供参考。     

含损伤加筋板结构辐射声功率及指向性变异研究

本文采用结构声振特性中常用参数辐射声功率和辐射指向性来研究含损伤加筋结构的声辐射特性,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的辐射声功率和远场指向性.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.针对各向同性损伤单元,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.根据Rayleigh积分可以计算结构振动向外辐射的声压,进而可以得到辐射声功率和辐射指向性.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及辐射声功率和指向性的影响.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.     

含损伤加筋结构流固耦合动力特性与声辐射特性研究

采用有限元／边界元（FEM／BEM）方法对于水下典型加筋板结构的动力特性以及声辐射特性进行研究。首先将损伤的概念引入有限元,并用边界元法得到流体附加质量项,然后求解损伤结构动力特性,进而求出损伤结构在一定频率范围激励下的辐射声功率以及辐射指向性。     

含裂纹加筋板在压缩载荷下的剩余极限强度试验研究

在老龄化引起的船舶结构安全性问题中,裂纹损伤是结构强度衰减的一个重要因素。文章采用逐步加载法对含裂纹损伤的加筋板压缩剩余极限强度进行试验研究。设计六种典型的穿透裂纹损伤加筋板,对损伤试件进行轴向压缩试验。通过改变裂纹尺寸、位置及倾角参数并根据试验观测结果,探讨了不同裂纹参数下加筋板的屈曲破坏特点和对剩余极限强度影响。试验结果表明,不同的裂纹长度以及裂纹位置改变加筋板结构承载力的分布,影响结构应力应变场,进而改变其失效崩溃模式;倾角为45°的裂纹相对于垂直于加筋的裂纹对加筋板结构的剩余极限强度影响较小,此外初始缺陷对结构的剩余极限强度的影响也不容忽视。     

Ultimate strength assessment of stiffened panel under uni-axial compression with non-linear equivalent single layer approach

Steel stiffened panels are widely used in engineering design and construction. However, numerical modeling and analysis effort for a three-dimensional (3D) stiffened panel may be notable, especially for the ultimate limit state of ship structures. Therefore, a homogenization method is outlined that transforms 3D stiffened panel into an Equivalent Single Layer (ESL) concerning the same mechanical behavior. ESL stiffnesses are obtained with a unit cell analyses based on stiffened panel where periodicity is imposed with boundary conditions based on a first-order shear deformation theory (FSDT). Stiffnesses were determined from the first derivative of a membrane force and bending moment obtained with numerical simulations. The effect of initial imperfection shape was included in the analysis to account for local and global buckling behavior. ESL with non-linear stiffness was implemented in Abaqus UGENS subroutine, allowing incremental evaluation of stiffness. Ultimate strength prediction of a steel grillage model with ESL finite element analysis was in excellent agreement with detailed 3D FEM analysis. The key in this analysis was consideration of non-linear ESL stiffness as linear analysis was unable to detect the point where ultimate strength capacity of the grillage was reached.