基于接触斑能量耗散轮轨磨损与损伤机制研究

为了建立轮轨磨损与损伤实验的统一标准,在目前实验方法研究轮轨磨损与损伤机制的基础上,提出了基于接触斑能量耗散轮轨磨损与损伤机制的分析方法. 针对轮轨磨损与损伤实验缺乏统一标准的现状,对不同实验方法获得的磨损与损伤结果进行对比分析;通过对不同实验结果的对比分析,提出了基于接触斑能量耗散轮轨磨损与损伤机制的分析方法,并分析了不同轮轨材料与实验方法的单位面积轮轨接触斑耗散能-磨损率曲线的变化规律. 研究结果表明:根据轮轨材料的单位面积轮轨接触斑耗散能-磨损率变化曲线规律及轮轨损伤特征,可将轮轨磨损划分为3个分区:轻微磨损、严重磨损、灾难性磨损,单位面积轮轨接触斑耗散能-磨损率曲线在实际应用中可预测轮轨磨损;轮轨接触斑耗散能准确地表征轮轨磨损率和损伤形式,可用于轮轨磨损与损伤数据的对比分析.      

利用虚应变分析沥青混合料的粘弹性质

沥青混合料是典型的粘弹性材料之一,其行为特性较为复杂,利用虚应变则可以简化沥青混合料的粘弹性分析过程。对Superpave13沥青混合料进行了不同条件下的复数模量试验,并将试验结果转化为沥青混合料松弛模量的Prony系列表达式;分别进行了半正弦荷载试验和恒应变压缩试验,利用松弛模量计算了虚应变,并对采用虚应变的沥青混合料粘弹性本构关系进行研究。结果表明,利用虚应变可以消除粘弹性材料的应力-应变滞后效应和对荷载作用速度或时间的依赖性,而且应力-虚应变呈线性关系,从而可以利用广义弹性-粘弹性对应原理对混合料的行为特性进行分析,达到简化粘弹性分析的目的。     

利用虚应变分析沥青混合料的粘弹性质

沥青混合料是典型的粘弹性材料之一,其行为特性较为复杂,利用虚应变则可以简化沥青混合料的粘弹性分析过程。对Superpave13沥青混合料进行了不同条件下的复数模量试验,并将试验结果转化为沥青混合料松弛模量的Prony系列表达式;分别进行了半正弦荷载试验和恒应变压缩试验,利用松弛模量计算了虚应变,并对采用虚应变的沥青混合料粘弹性本构关系进行研究。结果表明,利用虚应变可以消除粘弹性材料的应力-应变滞后效应和对荷载作用速度或时间的依赖性,而且应力-虚应变呈线性关系,从而可以利用广义弹性-粘弹性对应原理对混合料的行为特性进行分析,达到简化粘弹性分析的目的。     

泡沫铝压缩试验及等效仿真模型研究

为了研究泡沫铝结构在直升机耐坠性设计中的应用效果,本文基于万能材料试验机和霍普金森压杆分别对两种相对密度的闭孔泡沫铝在准静态（0.001/s）和高应变率下（500/s、1 000/s）的力学性能进行了测试;然后,建立了可反映应变率效应的泡沫铝等效有限元模型;最后,将泡沫铝等效模型应用于直升机驾驶舱耐坠性的仿真中,分析了置入不同密度泡沫铝等效模型后直升机受到的冲击和变形情况.结果表明：泡沫铝的平台应力以及质量比吸能随相对密度、应变率的增加而增加,但密实化应变则相反;泡沫铝等效有限元模型与实验结果曲线保持一致,模型准确性较高;此外,通过置入两种密度的泡沫铝材料,驾驶舱地板的最大变形量分别减少了28%和73%,机身部件的承载压力平均减少了28%和42%,高密度泡沫铝承载能力更强,效果更好.     

基于模态应变能和BP神经网络的混凝土框架结构损伤识别

采用模态应变能变化率和BP神经网络的两步损伤识别方法,对钢筋混凝土框架结构进行损伤识别研究.首先,利用单元的模态应变能变化率作为结构损伤定位因子,运用通用有限元ANSYS的APDL语言编制程序,计算模态应变能变化率;然后,利用BP神经网络进行损伤程度识别.该方法将二者优点相结合,并克服了单纯利用模态应变能难以准确计算损伤程度以及单纯利用BP神经网络样本巨大的困难.数值仿真结果表明,该方法适用于框架结构的损伤识别.     

基于声发射技术的混凝土梁破坏损伤过程的试验研究

对不同特征混凝土简支梁进行了加载破坏的声发射试验,通过有限元计算确定荷载范围以及不同梁的加载应力与应变变化规律。试验加载过程中测试梁上控制点处的应变及声发射信号,通过应力变化及外观观察,记录梁的受力状态和裂纹产生的条件,通过分析试验全过程中的声发射信号能量时程图,得到简支梁破坏过程中的能量变化特征、频率分布范围及特点,以及不同特征简支梁破坏过程中声发射能量参数的变化规律。试验表明,声发射技术监测混凝土梁的状态及损伤破坏有一定的优势。     

基于声发射技术的钢桥面板疲劳损伤监测与评估

采用多种监测技术融合手段, 对正交异性钢桥面板开展了疲劳损伤监测与评估, 包括足尺正交异性钢桥面板节段模型疲劳试验与某公路斜拉桥正交异性钢桥面板运营阶段的疲劳损伤监测; 在正交异性钢桥面板疲劳试验中, 综合采用了美国物理声学(PAC)声发射(AE)传感器、智能锆钛酸铅压电漆(PZT)传感器和应变片进行了粘贴钢板冷加固前后的疲劳裂纹监测; 对处于运营阶段的斜拉桥钢桥面板疲劳开裂区域, 采用了粘贴角钢的冷加固方法进行加固, 并对加固前后的桥梁结构开展了AE监测和应变监测以研究疲劳裂纹状态与检验冷加固方法的效果。疲劳试验与监测结果表明: PAC的AE传感器和智能PZT传感器能有效捕捉具有突发峰值与快速衰减特征的疲劳扩展信号, 二者的协同应用实现了疲劳裂纹智能感知, PAC的AE传感器组能实时捕捉纵肋上的疲劳裂纹扩展长度和方向; 粘贴钢板冷加固后, 应力水平稳定在64.8 MPa, 直到继续循环加载至512万次仍无疲劳裂纹扩展, 验证了正交异性钢桥面板粘贴钢板疲劳冷加固措施的良好加固效果; 在疲劳试验过程中, PAC的AE传感器和智能PZT传感器监测疲劳裂纹扩展结果一致性良好, 与应变片相比可实时捕捉更丰富的疲劳裂纹动态信息。对运营阶段正交异性钢桥面板疲劳监测与评估结果表明: 加固前AE监测结果峰值能量是加固后峰值能量的5倍, AE累积信号由加固前的密集分布改变为加固后的稀散分布, 表明加固后的钢桥面板疲劳裂纹处于稳定状态; 随着加载车辆行驶通过, 冷加固后的疲劳裂纹尖端应力峰值降低40%至50%;对比加固前后的24 h疲劳应力连续监测结果, 疲劳细节附近应变片的应变水平从加固前的78 MPa下降至加固后的48 MPa; AE信号峰值能量、AE累积信号和应力水平的监测结果均证明了冷加固技术对正交异性钢桥面板疲劳开裂加固的有效性。      

蒙特卡罗法在桥梁损伤识别中的应用

以桥梁结构损伤识别为研究对象,采用模态应变能损伤识别与蒙特卡罗法相结合的方法,讨论了测试噪声对桥梁结构损伤定位的影响。在分析过程中对模态的阶数、单损伤、多损伤及损伤部位等进行了研究,依据噪声影响下的模态应变能变化率定位结构损伤。以某连续梁桥为例验证了方法的有效性,利用蒙特卡罗法进行了1万次的计算,得到在不同损伤程度、不同损伤位置随测试噪声水平变化的识别率。研究结果表明,损伤识别率更能表征损伤识别方法,且符合工程实际需要。     

基于灰关联分析的环氧沥青混合料抗弯拉性能研究

通过对沥青混合料开裂机理的分析,采用能综合反映沥青混合料强度和变形特性的弯曲应变能密度临界值作为环氧沥青混合料抗弯拉性能的评价指标.在M TS810材料试验机上进行不同温度条件下环氧沥青混合料的小梁弯曲试验.采用灰色关联分析法分析了不同温度条件下环氧沥青混合料的弯拉强度、临界弯拉应变及弯曲劲度模量等指标与混合料弯曲应变能密度临界值的相关联程度.研究表明,与弯拉强度、临界弯拉应变相比,弯曲应变能密度临界值能较为科学地评价环氧沥青混合料的抗弯拉性能;弯曲劲度模量与应变能密度临界值指标的关联性较差,因此,弯曲劲度模量作为环氧沥青混合料抗弯拉性能评价指标还有待于进一步研究.     

Reliability Prediction Method Based on State Space Model for Rolling Element Bearing

Reliability analysis based on equipment’s performance degradation characteristics is one of the significant research areas in reliability research. Nowadays, many researches are carried on multi-sample analysis. But it is limited for a single equipment reliability prediction. Therefore, the method of reliability prediction based on state space model(SSM) is proposed in this research. Feature energy of the monitored signals is extracted with the wavelet packet analysis and the associated frequency band energy with online monitored data. Then,degradation feature is improved by moving average filtering processing taken as input pair model parameter of SSM to be estimated. In the end, state space predicting model of degradation index is established. The probability density distribution of the degradation index is predicted, and the degree of reliability is calculated. A real testing example of bearing is used to demonstrate the rationality and effectiveness of this method. It is a useful method for single sample reliability prediction.     

Radar Emitter Signal Recognition Based on Complexity Features

Intra-pulse characteristics of different radar emitter signals reflect on signal waveform by way of changing frequency, phase and amplitude. A novel approach was proposed to extract complexity features of radar emitter signals in a wide range of signal-to-noise ratio ( SNR), and radial basis probability neural network (RBPNN) was used to recognize different radar emitter signals. Complexity features, including Lempel-Ziv complexity (LZC) and correlation dimension (CD), can measure the complexity and irregularity of signals, which mirrors the intra-pulse modulation laws of radar emitter signals. In an experiment, LZC and CD features of 10 typical radar emitter signals were extracted and RBPNN was applied to identify the 10 radar emitter signals. Simulation results show that the proposed approach is effective and has good application values because average accurate recognition rate is high when SNR varies in a wide range.     

SBS改性沥青混合料损伤模型分析

通过SBS改性沥青混合料的单轴拉伸试验,分析了粘弹性模型与损伤模型的特性,并耦合成粘弹性连续损伤模型;从能量的角度考虑了SBS改性沥青混合料的疲劳损伤特性和损伤效应,并建立了一种与拉伸应变水平相关的疲劳损伤模型。模型与试验吻合较好,可预测不同拉伸应变水平下SBS改性沥青混合料的疲劳寿命。     

大跨度上承式钢桁架拱桥的地震损伤演化模拟

为评估大跨度钢拱桥在多维地震作用下的损伤状态,以一座铁路上承式钢桁架拱桥为研究对象,首先借助OpenSEES平台建立桥梁弹塑性纤维单元模型;接着选取“双参数”损伤指标和应变指标进行损伤评价;最后通过增量动力分析,从构件和全桥两个层面进行损伤评估,并对比两种指标对桥梁主要构件（钢管、钢管混凝土、钢筋混凝土）的适用性. 研究结果表明:基于变形和能量的双参数损伤指标比应变指标的评价结果会严重1～2个等级;相比于地震波纵向作用,大跨度钢桁架拱桥在横向地震作用时损伤更小,在峰值加速度（PGA）为1.5g时全桥仍处于轻微损伤状态;3种类型构件中,钢管构件损伤数量较多但是损伤程度轻,钢管混凝土构件（拱脚）损伤较早但是损伤程度轻,钢筋混凝土构件（交界墩）损伤最为严重,在抗震设计时,应对相应位置予以重视.      

热再生沥青混合料低温抗裂性能全程评价

为了评价热再生沥青混合料全寿命周期内的低温抗裂性能,以含有不同比例RAP的再生沥青混合料为研究对象,通过STOA和LTOA试验模拟混合料在不同使用阶段的老化,以极限应变和应变能密度为指标,采用低温弯曲试验对再生沥青混合料的低温抗裂性能进行了评价.试验结果表明:RAP 含量低于40% 的再生沥青混合料的低温抗裂性能与普通沥青混合料相当;受再生剂扩散作用的影响,STOA 后再生沥青混合料低温抗裂性能变化幅度较小,LTOA 过程中低温抗裂性能的变化规律与普通混合料相近;RAP 含量达 50% 时,再生沥青混合料老化前后的低温抗裂性能均较差.     

Superpave沥青混合料低温抗裂性评价方法

采用低温弯曲破坏试验和约束试件温度应力试验,评价了Superpave沥青混合料的低温抗裂性,并对两种试验方法及其评价指标进行对比分析。研究结果表明:约束试件温度应力试验中的冻断温度和转折点温度可以较好的评价Superpave沥青混合料的低温抗裂性;弯曲破坏试验中用弯曲应变能密度作为评价指标可以很好表征Superpave沥青混合料的低温性能,并且与约束试件温度应力试验结果基本吻合。     

基于Copula函数的高速列车转向架故障特征提取

为了实时监测高速列车转向架关键部件的工作状态,提出了一种基于Copula函数的特征提取方法.以某型高速列车转向架正常、抗蛇形减振器失效、空气弹簧失效、横向减振器失效4种工况的振动信号为研究对象,将信号进行聚合经验模态分解,针对得到的本征模态函数,使用Gaussian Copula函数构建它们的联合概率密度函数.提取边缘分布的Kullback-Leibler Distance值,及联合概率密度函数的均值和方差作为特征,采用支持向量机进行识别.实验结果表明,在200 km/h速度下,故障平均识别率在95%以上,表明了该特征提取方法的有效性.      

基于改进PSO算法的两阶段损伤识别方法

为解决结构多损伤情况下的位置识别和损伤程度判定问题,提出了一种基于改进粒子群优化算法和贝叶斯理论的两阶段损伤识别方法,该方法采用频率和模态应变能作为损伤定位源数据,分别用基于频率改变和基于应变能耗散率的识别方法进行损伤信息的初步提取,再利用贝叶斯融合理论对损伤位置进行较为精确的判定.然后,利用粒子群优化(PSO)算法对损伤位置和程度进行更为精确的二次识别.考虑到简单PSO算法易陷入局部最优解,提出了3种改进措施,即粒子位置突变、最优记忆粒子微搜索和双收敛措施.数值仿真结果表明:采用贝叶斯融合理论可以有效地识别出可能的损伤单元,在此基础上用改进的PSO算法可以更精确地识别损伤的位置和程度,同时采用3种改进措施的PSO算法的识别精度明显优于其他PSO算法和遗传算法.     

纵向冲击下高速列车车体承载极限数值模拟

进行了高速列车车体6005A-T6、6082A-T6铝合金的静态拉伸和动态压缩试验,识别了0.001～2 500 s-1应变率范围内2种铝合金的材料应变率效应,建立了对应的Johnson-Cook本构模型;构建了高速列车典型车辆的显式动力分析模型,完成了刚性墙冲击车体过程仿真,研究了车钩稳态载荷、冲击速度、加载方式对车...     

Superpave沥青混合料低温抗裂性评价方法

采用低温弯曲破坏试验和约束试件温度应力试验,评价了Superpave沥青混合料的低温抗裂性,并对两种试验方法及其评价指标进行对比分析。研究结果表明:约束试件温度应力试验中的冻断温度和转折点温度可以较好的评价Superpave沥青混合料的低温抗裂性;弯曲破坏试验中用弯曲应变能密度作为评价指标可以很好表征Superpave沥青混合料的低温性能,并且与约束试件温度应力试验结果基本吻合。     

基于疲劳累积损伤的弹塑性裂纹扩展分析

根据裂尖疲劳损伤累积导致材料破坏的观点,发展了一个弹塑性疲劳裂纹扩展模型. 假设在裂纹前缘HRR场内存在一个高应变区,该区长度x*等于材料常数D、其塑性 变程是△尹,由N区朋on公式求出对应于△a*的疲劳破坏循环数N白,则疲劳裂纹扩 展速率就是x‘/N,。新模型建立了材料低周疲劳特性与弹塑性裂纹扩展规律之间的 联系。由模型计算得到的弹塑性裂纹扩展速率与实验结果的比较表明,二者吻合良 好。