梁结构损伤诊断直接指标法应用

结构损伤识别主要是对各种工程结构进行检测并对检测结果做适当的分析,从而确定结构的健康状况。有研究表明应变模态比固有频率和振型对局部损伤更敏感,可以很好地进行结构损伤识别。结合有限元方法和直接指标法ISMSD(Strain Mode Shape Difference),无需原始模态数据,只根据损伤后的经三次样条插值的光滑应变模态差分曲线即可进行相关计算。文章应用该方法对假定损伤简支梁在多种不同损伤程度情况进行数值仿真计算,并给出损伤位置直接指标曲线。结果表明,该指标法能正确地判定损伤位置,尤其是损伤量较小时。     

基于动力特性与小波变换的损伤检测方法在海洋平台中的应用

研究了平台下部结构的不同位置发生不同程度损伤时，利用数值计算可以得到平台结构的固有频率、振型、模态应变能、频响函数等有关参数。利用上述参数变化，可以用来识别损伤、损伤位置以及损伤程度。研究表明，振型参数可以用来对损伤进行定位，模态应变能方法可以发现结构的早期损伤，而频响函数可以发现下部结构任何构件的断裂；借助于小波变换对频响函数进行分析，可以发现早期结构损伤。     

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。     

基于模态应变能的高桩码头桩基损伤识别研究

基于动力指纹对高桩码头进行损伤识别是工程界的研究热点。通过建立高桩码头模型,采用有限元数值模拟和模型试验研究模态应变能在高桩码头桩基损伤识别中的适用性。研究结果表明:基于有限元数值模拟的模态应变能损伤识别方法可以准确定位桩基损伤位置且可定性反映损伤程度;基于试验振型得到的模态应变能可识别桩基损伤位置,但由于试验误差和噪声干扰的存在,会存在误判现象。高桩码头桩基模态应变能损伤识别方法的广泛应用还需要依赖动力测试技术和模态分析技术的进一步发展。。     

基于ANSYS的桥式起重机桥架结构模态分析

本文运用ANSYS软件对桥式起重机桥架结构进行了模态计算和分析,从理论上得到了桥式起重机桥架结构的固有频率和振型等动态参数。从而为避免在作业中出现共振现象和为桥架结构的优化设计与稳定性分析提供了理论依据。     

基于量子天牛群算法的高桩码头横向排架结构损伤识别

针对高桩码头损伤识别问题,引入量子行为优化天牛群(BSO)算法,利用结构模态参数(固有频率和振型)的差别构造目标函数,提出了一种基于量子天牛群(QBSO)算法的损伤识别方法。采用所提方法对一高桩码头模型单直桩、单叉桩的单损伤,双直桩、双叉桩、直桩+叉桩的双损伤进行了计算,并与天牛群(BSO)算法与粒子群(PSO)算法进行对比;对振型添加噪声后单叉桩的单损伤进行了计算。结果表明:所提方法计算效率高、收敛速度快,具有较强的稳定性和抗噪性,能够快速精准地识别出损伤位置与损伤程度。     

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.     

一维弹性结构在理想流体中的模态特性研究

为研究一维弹性结构在理想流体中的模态特性,建立了流固耦合振动模型。基于流体无旋、无粘不可压缩的假设,求解流体域内的速度势,根据流场分析得到水压力,将脉动水压力加载在结构表面,得到结构在水中的振动方程,并利用瑞利-利兹法求解得到圆柱梁在水中振动的固有频率和振型。在此基础上,基于应变测试对水池中的悬臂梁结构进行了模态识别,实验结果与计算结果相当吻合。研究发现,由于附连水质量的影响,弹性结构在水中的固有频率低于其在空气中的,其振型与空气中的形状基本一致,但其节点会向自由端偏移。     

复合材料螺旋桨模型的应变模态与振动特性

采用有限元模态算法和应变模态测量试验对比金属桨和碳纤维桨模型的固有频率、位移和应变模态振型,试验测得铜桨和碳纤维桨的前三阶固有频率与计算值相差分别在3%和12%以内。碳纤维桨各阶固有频率均比铜桨要小,应变模态振型相似,前者结构阻尼是后者的4倍左右。计算二者在流域中的湿模态,铜桨的前四阶湿模态固有频率比干模态减小18%~33%,碳纤维桨减小54%~64%。研究铜桨和不同铺层碳纤维桨之间的振动特性,得出有利于减轻振动的纤维铺层方式,优选出的碳纤维桨总振动加速度级(TAL)比试验用碳纤维桨降低2 d B。     

含损伤结构静力和动力特性的有限元分析

由于海洋特殊环境的影响,船舶与海洋结构物容易受到腐蚀和疲劳等影响,造成结构的局部刚度弱化损伤,本文探讨了船舶常用加筋板结构在不同刚度弱化情况下结构的静力和动力特性变化,并推导了加筋板结构在正交各向异性损伤情况下的有限元列式.对于正交各向异性损伤,采用Kachanov理论,引人了x和y两个方向的损伤系数,并将损伤而形成的各向异性材料的各力学参数通过损伤系数与各向同性材料各参数相关联.本文将损伤参数分为损伤位置、损伤程度和损伤面积三个方面,并分别分析了它们对结构应力、结构固有频率和模态形状的影响.结果表明损伤位置对结构模态和结构应力的分布影响显著,在损伤区域和损伤程度均较小的情况下,距离损伤区域较远部位的应力分布和振型状态均无明显变化.本文建立的方法可以应用到船舶与海洋结构受损强度分析中.     

利用一种改进的模态应变能法诊断海洋平台结构的损伤（英文）

The development of robust damage detection methods for offshore structures is crucial to prevent catastrophes caused by structural failures. In this research, we developed an Improved Modal Strain Energy(IMSE) method for detecting damage in offshore platform structures based on a traditional modal strain energy method(the Stubbs index method). The most significant difference from the Stubbs index method was the application of modal frequencies. The goal was to improve the robustness of the traditional method. To demonstrate the effectiveness and practicality of the proposed IMSE method, both numerical and experimental studies were conducted for different damage scenarios using a jacket platform structure. The results demonstrated the effectiveness of the IMSE method in damage location when only limited, spatially incomplete, and noise-polluted modal data is available. Comparative studies showed that the IMSE index outperformed the Stubbs index and exhibited stronger robustness, confirming the superiority of the proposed approach.     

An improved modal strain energy method for damage detection in offshore platform structures

The development of robust damage detection methods for offshore structures is crucial to prevent catastrophes caused by structural failures. In this research, we developed an Improved Modal Strain Energy (IMSE) method for detecting damage in offshore platform structures based on a traditional modal strain energy method (the Stubbs index method). The most significant difference from the Stubbs index method was the application of modal frequencies. The goal was to improve the robustness of the traditional method. To demonstrate the effectiveness and practicality of the proposed IMSE method, both numerical and experimental studies were conducted for different damage scenarios using a jacket platform structure. The results demonstrated the effectiveness of the IMSE method in damage location when only limited, spatially incomplete, and noise-polluted modal data is available. Comparative studies showed that the IMSE index outperformed the Stubbs index and exhibited stronger robustness, confirming the superiority of the proposed approach.     

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。     

Structural damage identification by a cross modal energy sensitivity based mode subset selection strategy

This paper presents a strategy specialized for modal energy (ME) based methods, including modal strain energy (MSE) and modal kinetic energy (MKE), to select the best mode subset prior to damage identification. The damages due to the changes in stiffness and mass of structural members are both considered. In order to apply the proposed scheme to a more general situation, the cross modal energy (CME) sensitivity instead of the usual ME sensitivity is derived and designated as a sensitivity index. According to this index, the mode combinations (MCs) that are more sensitive to stiffness and mass changes are retained, while the remaining MCs that complicate the process of damage detection are eliminated. One of the important applications of the proposed mode subset selection strategy (MSSS) is to optimize the Cross-model cross-mode (CMCM) system by eliminating some redundant equations, thereby improving the performance of the CMCM method and reducing the computational burden. Numerical and experimental studies are carried out to prove the effectiveness of the proposed scheme. The results show that the performance of the CMCM method has been significantly improved after adopting the MSSS.     

基于小波变换的海洋平台结构损伤检测

基于结构动力特性的海洋工程结构损伤检测是一个非常有工程应用价值的研究课题。特别是对于海洋平台水线以下的结构损伤,一般通过结构的频率、振型和频响函数等的变化用来发现损伤。但是对于早期的损伤(通常损伤量很小),上述结构动力特性参数的变化可能很小从而不足以反映结构的这种早期微小损伤。文章提出采用小波变换的方法来进行小损伤的检测,将结构的频响函数(FRF)和加速度响应进行小波变换,很好地预报了损伤的存在。文中还以某海洋平台为例,进行了模型试验,从而验证了提出方法的可行性。     

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。     

约束阻尼层对钢板振动影响的试验与仿真

为研究不同阻尼层对结构振动特性的影响规律,基于模态应变能法和振动试验,研究钢板敷设不同厚度阻尼层和约束层前后的振动特性。对比辐射前后结构的插入损失和阻尼损耗因子,验证仿真模型的振动特性与试验具有良好的一致性。结果表明,阻尼层厚度越大,结构固有频率越低,损耗因子越高。随着阻尼层厚度的增加,自由阻尼板的减振性能变好,约束阻尼板的减振性能提升不太明显,而随着约束层厚度的增加,约束阻尼板的减振性能提升明显。