斜拉桥损伤可识别性传感器的优化布置方法

为使布置在斜拉桥上的传感器识别出的模态参数对结构损伤足够敏感,从传感器优化布置的损伤可识别性要求出发,应用参数试验法和参数相关性理论,提出并得到一种包含所有单元损伤信息的节点自由度损伤信息指标,对该指标排序可获得节点自由度包含损伤信息多少的次序,即每个自由度的损伤敏感性排名,此过程无需优化迭代.在此基础上利用传感器优化布置的第1类方法继续分析,避免了迭代或优化效率低下等缺陷,可得到既满足损伤可识别性,也满足模态可观测性的传感器布置位置.在单塔双索面斜拉桥上,展示了本文方法的实现过程,与EI（effective independence）法相比,损伤信息总量:3阶时高出589;4阶时高出582;5阶时高出591.      

公路弯梁桥模态测试的测点布置

为得到测试公路弯梁桥模态振型的测点优化布置方案,采用有效独立法运算测点布置位置,并引入模态保证准则检验测点的准确性。以某实际三跨连续弯梁桥为工程背景,通过MATLAB编制有效独立法寻找相应测点位置的程序,分别计算了前10阶模态的传感器布置测点;计算各阶模态测点的模态向量空间夹角(P_i~(MAC)值);并选取其中4阶模态进行实桥验证。结果显示:多数P_i~(MAC)值满足模态保证准则,并且实桥测试结果与有限元模态相似度很高;结果表明:测点布置方案可以运用到三跨连续弯梁桥的模态测试中,有效独立法能有效为公路弯梁桥在环境激励下开展模态测试提供测点布置参考。     

基于模态频率响应分析的半挂车车架的疲劳寿命计算

采用模态频率响应的方法进行半挂车车架疲劳寿命预测。在Msc.Patran中对车架进行模态频率响应分析;在ADAMS/Car中建立整车多体动力学模型,采用D级路面,对其进行仿真分析,从而获得车架各连接点的载荷时间历程,并将动态载荷转换成功率谱密度。结合动态载荷分析与有限元分析结果,基于Dirlik方法分析得到车架疲劳寿命和最危险点的寿命值。计算结果证明了基于模态频率响应分析的疲劳分析方法能够快捷、有效地预测随机动态载荷下的半挂车车架的疲劳寿命。     

CW-200K转向架构架疲劳强度及模态分析研究

根据CW-200K转向架构架的结构和承载特点,运用Solidworks建立构架的实体模型,并将模型导入AN-SYS中进行有限元分析,依据分析结果并参照标准JIS E4207—2004和焊接材料的Goodman疲劳极限图对构架进行疲劳强度评估.此外,还对构架进行模态分析,分析构架在某一频域内的振动模态,从而评价构架的动态性能是否满足设计要求.分析结果表明:各关键点的等效应力均小于许用值,构架满足疲劳强度的要求;构架的最低自振频率为33.944 Hz,能够有效地避开激振频率.这为优化构架结构提供相关的参数依据.     

基于有限元修正的斜拉桥健康监测 传感器优化布置研究

以某座斜拉桥为工程背景,首先介绍了基于结构动力特性的传感器优化布置方法,并采用序列法通过多模态的组合对测点进行了优化,在此基础上结合桥梁结构特点和监控需求,提出了优化的传感器布置方案。其次,建立该桥的三维有限元修正模型,获取该桥的动力特性。再次,以振型参与质量系数和MAC矩阵标准为理论基础,对各组合下的模态向量矩阵进行优化布点处理,对桥梁健康监测传感器布点方案进行了研究。最后结合该桥的实际情况,提出传感器优化布置方案。     

最小振动功率流隔振系统ANSYS优化设计

传统有限元结构动态分析大都集中于模态分析，文中基于ANSYS有限元软件对隔振系统进行优化设计，对隔振器参数和振源布置位置寻优，使得传递到基础的振动能量最小．描述了一实例的计算过程，采用该方法优化后隔振效果的改进十分明显．这种设计方法对大型结构动态设计具有借鉴意义，可应用到工程实际中．     

基于变分模态分解和奇异值分解的结构模态参数识别方法

为了准确获得结构的固有频率、阻尼比与振型, 将变分模态分解与奇异值分解相结合, 提出一种新的结构模态参数识别方法; 基于已有时频参数识别方法, 根据测量的脉冲激励与加速度响应估计系统的频响函数, 对系统的频响函数进行反傅里叶变换得到脉冲响应函数; 对各测点的脉冲响应函数进行变分模态分解, 得到与结构固有频率对应的本征模态分量; 提取本征模态分量的固有频率, 利用与固有频率相近的本征模态分量作为行向量构造奇异值分解矩阵, 对所构矩阵做奇异值分解, 利用最大奇异值重构左、右奇异值向量, 识别结构的振型、固有频率和阻尼比; 通过四自由度质量-弹簧-阻尼模态仿真试验和车体横梁锤击模态试验, 验证了所提出的模态参数识别方法的有效性。研究结果表明: 在四自由度理论模型参数识别中, 系统固有频率和阻尼比的识别结果与理论计算结果的最大相对误差分别不超过0.025%和1.490%, 理论计算与识别的1~4阶振型的模态置信度分别为0.999、1.000、0.999和0.999;在车体横梁锤击模态试验中, 提出方法识别的固有频率和阻尼比与理论计算结果的最大相对误差分别不超过1.57%和1.47%, 且车体横梁的理论振型与识别振型趋势相同。可见, 提出的方法能有效识别结构的模态参数。      

基于EI及MAC算法的连续刚构桥传感器优化布置

介绍了有效独立法(EI)和模态保证准则(MAC)的工作性能与适用范围,并结合各自优点,得到了一种新型的混合算法.将此方法运用到以龙河大桥为研究对象的连续刚构桥传感器布置上.结果表明:基于EI及MAC混合算法得到的测点截面位置有别于人为凭借经验将传感器布置在根部、边跨及中跨1/4倍数截面等位置;通过MAC值验算,连续刚构...     

基于灵敏度的新型宽轮距转向架构架结构优化

针对新型宽轮距跨座式单轨转向架构架端梁刚度不足﹑模态频率低的问题,建立了构架的有限元模型,进行自由/约束模态的灵敏性分析;提出在构架端梁中增加减重孔和采用铝合金材料这两种优化方案,并进行自由/约束模态灵敏性分析;最后对优化后的构架端梁进行静强度和疲劳强度分析.研究结果显示:在静强度工况下,优化后的构架端梁最大应力位于构架齿轮箱体上,且小于材料的屈服极限强度;在疲劳强度工况下,与原有的构架端梁相比,优化后的危险节点循环次数较低,但仍满足工程要求.     

免疫算法在桥梁监测传感器优化配置中的应用*

为了用尽可能少的传感器获取尽可能多的全面反映桥梁健康状况的信息,提出了基于免疫算法的桥梁结构健康监测传感器优化配置方法。该算法以桥梁模态分析后所得的模态置信度矩阵作为目标函数,采用整数编码方式产生初始抗体群,以亲和度为基础对抗体进行选择及评价,采取精英保留策略更新记忆库,对抗体进行免疫操作产生新群体。结果表明,与遗传算法相比,免疫算法收敛速度快、精度高,可以实现桥梁结构健康监测传感器优化配置。     

Rigid sensor allocation and placement technique for reducing the number of sensors in thermal monitoring

Using embedded thermal sensors, dynamic thermal management (DTM) techniques measure runtime thermal behavior of high-performance microprocessors so as to prevent thermal runaway situations. The number of placed sensors should be minimized, while guaranteeing accurate tracking of hot spots and full thermal characterization. In this paper, we propose a rigid sensor allocation and placement technique for determining the minimal number of thermal sensors and the optimal locations while satisfying an expected accuracy of hot spot temperature error based on dual clustering. We analyze the false alarm rates of hot spots using the proposed methods in noise-free, with noise and sensor calibration scenarios, respectively. Experimental results confirm that our proposed methods are capable of accurately characterizing the temperatures of microprocessors.     

基于二系垂向作动器与压电作动器的动车组车体振动控制

为了减小高速动车组车体刚性与弹性振动, 提出了一种基于二系垂向作动器与车体压电作动器的高速动车组车体振动主动控制方法; 基于某型高速动车组, 设计了一种在车辆二系安装垂向作动器, 在车体底架布置压电作动器, 运用H_∞鲁棒最优控制器进行车辆协调控制的主动减振方法; 建立了基于车辆动力学参数的刚柔耦合减振力学模型, 采用H₂及H_∞准则优化压电作动器与压电传感器布置位置, 运用鲁棒最优控制方法设计了H_∞反馈控制器; 利用MATLAB仿真了减振装置与主动控制方法对车辆动力学性能的影响, 比较了被动悬挂车辆、仅安装二系垂向作动器车辆与采用主动控制车辆的动力学性能差异。研究结果表明: 压电作动器与压电传感器布置在距车体左端距离为7.15、12.25、17.35m处车体一阶及二阶弹性模态归一化H₂及H_∞范数最大, 可以作为压电作动器与传感器的布置位置; 基于二系垂向作动器与车体压电作动器的鲁棒最优控制方法能够有效地抑制车体的振动, 一阶垂弯振动频率处车体中部和转向架上方的加速度功率谱分别减小为被动悬挂车辆的5%、10%;速度越大, 振动加速度抑制效果越明显, 当车辆的运行速度为200km·h-1时, 车体振动加速度均方根减小10%, 当车辆的运行速度为350km·h-1时, 车体振动加速度均方根减小18%;相对于被动悬挂, 二系垂向作动器输出力功率谱在车体浮沉与点头振动频率处的量级为106 N2·Hz-1, 对车体刚性振动有较大抑制作用, 压电作动器电压功率谱在车体一阶垂弯振动频率处达到峰值4 000V2·Hz-1, 对车体弹性振动有较大抑制作用。      

驻点热流测量试验技术研究

为了提高超声速脉冲风洞中球头驻点热流测量精度,对1 mm小型化同轴热电偶研制及薄膜热流传感器的耐冲刷性能进行研究.应用热传导反问题的计算分析方法,建立了分别针对薄膜热流传感器和同轴热电偶的数据处理方法.在2 m激波风洞上利用研制的5种不同类型及尺寸的传感器进行了球头驻点热流测量试验,将试验结果与F-R公式计算结果进行比较,并分析了传感器外形尺寸、热壁、传感器敏感元件、同轴热电偶膜厚等对试验结果的影响.结果表明:研制的小型化同轴热电偶响应时间满足测试要求;薄铂膜热流传感器重复性误差在8%以内.      

大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法

为提高传统完全二次项组合法(CQC法)的计算效率,通过对模态频响传递函数和模态力谱的分析,提出了大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法.该方法根据结构的动力特性和风荷载特性,计入了模态频响传递函数和模态力谱实部和虚部对响应方差的贡献;为保证计算精度,考虑了共振响应模态的耦合效应.将该方法应用于某游泳馆屋盖结构共振响应分析,并将其与传统CQC法的计算结果进行比较.算例表明,与传统CQC法相比,该方法误差较小,节点位移共振响应最大误差仅为2.73%,验证了该方法的可行性和有效性.      

解决路网检测器布局问题的数形结合方法

为了获取各路段的交通流量,本文提出一种解决任意路网中检测器布局优化 问题的数形结合方法.首先基于交通网络的拓扑结构与代数关联矩阵间的联系定义平衡 矩阵和基本平衡矩阵;然后根据基本平衡矩阵的特点,找到n -1阶数（比网络节点数少 1）可逆矩阵M ,该矩阵所对应的路段集合就构成路网的一个支撑树(不需要安装检测器 的路段集合);最后根据流量守恒原理进行矩阵运算,全面、准确、快速地推算出未安装检 测器路段的交通流量.该方法揭示了路网中各路段流量间的数形联系,并避免了单独利用 代数或图论方法的操作复杂性,以及获取交通信息不及时性.通过具体算例验证了此方法 的可行性和有效性.     

基于半监督极限学习机的隧道内车辆RSSI定位方法

为了提高公路隧道突发事件的判别效率,实现道路交通状态全天候监测,以智能公路上泛在无线传感网络为基础,研究了基于信号强度指示值(RSSI)的网联车辆定位问题;考虑到隧道内车辆的连续运动特性,提出了一种带有局部线性嵌入(LLE)算法的半监督极限学习机(SSELM)实现RSSI指纹定位;离线阶段利用LLE对少量已标记位置的R...     

波形腹板钢箱-混凝土箱梁桥的有限元模型修正

为了缩小波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥有限元值与实测值之间的偏差,提出了采用响应面法和Fmincon算法相结合的桥梁有限元模型修正方法.以甘肃景中机场连接线的一座波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥为研究对象,首先对其进行静、动载试验,获得其弯曲振动频率、挠度及应变的实测值;其次分别采用实体和板壳模式的有限元建模获得该桥相应...     

基于残差卷积网络的浮置板轨道钢弹簧损伤检测

针对传统故障诊断方法难以有效检测浮置板轨道钢弹簧损伤这一挑战性问题，提出了一种基于一维残差卷积网络的损伤检测方法；建立了车辆-浮置板轨道耦合动力学模型，得到了多种工况下列车通过导致的浮置板振动响应数据集；利用残差卷积网络对不同损伤情形下的振动响应进行特征提取和数据分类，实现了对损伤钢弹簧的准确定位；研究了残差卷积网络在不同传感器布置方案上的检测性能，分析了损伤钢弹簧和传感器之间的复杂位置关系对检测性能的影响规律，优化并确定了经济可靠的传感器布置方案。研究结果表明:传感器的位置越靠近浮置板中部，残差卷积网络对不同损伤情形下的数据分类准确性和鲁棒性越好；传感器的布置数量增多，损伤检测方法的性能也随之改善，但传感器过多地集中于浮置板中部并不会带来显著的性能提升；在浮置板中部的钢弹簧损伤比在浮置板端部的钢弹簧损伤更难识别；损伤检测方法在全覆盖式布置方案下达到了99.11%的分类准确率，对复杂多变的检测情景具有良好适应性，而优化后双传感器布置方案和三传感器布置方案的分类准确率分别达到了98.23%和98.96%，优化后传感器布置方案具有良好的检测性能，同时也保持了损伤检测方法对复杂情景的适应性。