基于MF-EI法的水闸底板脱空参数反演

为了更好地解决水工结构以损伤诊断为目标的传感器布置问题,以软基水闸为研究对象、水闸底板脱空为损伤类型,针对传统有效独立法未考虑结构损伤信息的缺陷,将模态柔度作为结构损伤敏感特征量,并引入结构的模态柔度修正有效独立法,提出基于模态柔度-有效独立法(modal flexibility-effective independent method,简称MFEI)的水闸底板脱空参数反演方法。采用模态置信准则、Fisher信息阵、条件数准则和奇异值分解比准则4种评价指标,分别对距离系数-有效独立法(distance coefficient-effective independence method,简称DC-EI)、有效独立-总位移法(effective independence-total displacement method,简称EI-TD)和MF-EI法进行评价,并将3种方法得到的布置方案应用到不同工况下软基水闸底板脱空动力学反演中,对比分析3种方法各工况脱空参数的反演结果。结果表明:MF-EI法测得的模态矩阵具有更好的正交性、可观测性和模态扩阶性,同时保留了对软基水闸底板脱空敏感的损伤信息,3种工况下的脱空参数反演识别精度分别提高至97.5%,96.1%和75.9%,是一种较为有效的水闸底板脱空参数反演方法。

双目立体摄影测量的风力机叶片振动频率分析

为了准确识别物体模态频率,降低测试成本及环境要求,提出了一种双目摄影测量辨识结构模态频率的方法,并对某型风力机叶片进行了测试。首先,通过两台摄像机从不同方位同步并连续采集振动结构及人工布设的多个标记点的图像;其次,采用高斯滤波进行图像去噪,经过Canny算子分割特征点边缘信息,用最小二乘法和迭代法拟合圆曲线,对标记点进行高精度的亚像素定位,计算摄像机交会范围内每一个测试点的时间响应函数与三维空间坐标信息;然后,使用KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)算法实现特征点跟踪匹配,利用改进的快速傅里叶变换算法,将时域信号转换为频域信号,辨识了叶片的前4阶模态频率;最后,与加速传感器、激光多普勒测振仪(laser Doppler vibration,简称LDV)的对比结果表明,双目摄影测量获取的模态频率误差仅在5%范围内,验证了该方法的可靠性和有效性。

地铁扣件刚度对车致轨道-隧道振动影响分析

为揭示减振扣件动力性能参数对轨道-隧道振动特性的影响规律,对减振扣件轨道与一般非减振轨道的动力响应进行现场实测,对比分析两种类型轨道的钢轨、道床与隧道壁的振动特性,同时建立车辆-轨道耦合动力学仿真模型与轨道-隧道-大地有限元模型,进行不同扣件刚度下钢轨加速度导纳、轨道振动衰减率与隧道动力响应的影响分析。对比线上实测结果发现,减振扣件轨道中钢轨、道床与隧道壁的振动均明显减弱;减小扣件刚度对车体的振动响应无显著影响,钢轨的位移与加速度会随之增大;减小扣件刚度会增强钢轨的低频振动,但会减弱钢轨的高频振动;沿钢轨纵向1~50Hz频段的振动耗散更为迅速,500~1000Hz频段的振动更容易沿着钢轨纵向传播;减振扣件对50~200Hz频段隧道动力响应有明显影响,能有效降低隧道壁测点处振动响应6~8dB。

基于声音振动信号的电动车状态识别研究

当前电动车事故总是引起民众大量关注与讨论,故设计一种基于声音振动信号来判断电动车主要状态的识别方案,可以为车辆状况、驾驶习惯、事故鉴定等提供数据支持。在信号采集方面,设计并开发实时采集声音信号和振动信号的装置。在状态识别方面,研究一种小波包能量熵与改进灰狼搜索算法优化支持向量机参数的方法,寻找支持向量机最佳的惩罚系数和核函数,从而确定支持向量机状态识别模型。最后进行电动车不同状态下的实验测试,结果表明,相比于经验模态分解、变分模态分解、网格搜索算法、灰狼搜索算法,基于小波包能量熵与改进灰狼搜索算法优化支持向量机的方法对电动车运行状态识别具有准确率高、稳定性强的优势。

基于计算机视觉和视频插帧的结构振动测试与模态识别

结构振动测试和模态参数识别是基于结构动态特性进行结构健康监测(SHM)的基本方法。为克服传统接触式测试的不便,引入了非接触式计算机视觉方法,其中以智能手机为数据采集装置的方法受到越来越多的关注。然而智能手机相机往往因为性能受限无法满足需求,从而导致测量结果精度下降。为此,提出一种改进的视频插帧算法EQVI-T与改进的边缘检测算法,通过提高原始视频的帧率和提出的特征点追踪方法共同提升计算精度。为验证这一方法的有效性,将其应用于试验室模型的位移响应监测和模态参数识别,并进行了定量和定性评估。结果表明,所提方法在提高测量精度和准确性方面具有显著优势,展示了其在结构振动测试中的潜在应用价值。

光纤光栅传感器在遥感相机强振动环境监测系统的应用

为验证光纤光栅传感器在强振动环境下对遥感相机进行多点分布式测量的可行性及精度,实现光纤布拉格光栅(FBG)在空间遥感器振动传感领域的应用。首先对光学遥感相机构建有限元仿真模型,进行模态分析、振动响应分析。设计实施了系统级装机环境下光纤光栅传感器与相机不同部位、形式、材料的连接工艺,提出一种使用光纤光栅传感器对遥感相机进行单光纤多点分布测量的试验方法,开展正弦振动和随机振动试验。经光纤光栅传感器测量结果与标准压电式振动传感器测量结果的对比,正弦振动加速度响应测量的最大误差为3.25%,随机振动均方根加速度响应测量的最大误差为3.14%,测量值吻合良好,拟合精度均达到0.99;仿真分析结果与测量结果的拟合精度达到0.97,具有较好的一致性。可见,光纤光栅传感器在强振动环境下对相机进行多点分布式加速度测量的精度高、可行,满足系统监测要求,为光纤光栅传感在空间遥感器强振动响应的高精度测量应用提供借鉴。

自由落体绝对重力仪中参考棱镜振动测量技术

精确测量绝对重力仪参考棱镜的振动信号并将其用于补偿绝对重力测量值是提高绝对重力仪测量精度的一种解决方案。对此,本文介绍了参考棱镜振动测量的原理,设计了参考棱镜振动加速度测量装置,推导参考棱镜振动测量装置的传递函数。研究表明,可以将测量装置等效为加速度计,通过成熟的加速度计测量方法,可获得等效的加速度计传递函数参数,从而得到测量装置输出电压对参考棱镜振动加速度的传递函数,该函数能够解算出参考棱镜的振动加速度,以补偿绝对重力测量值。在实验室测得的数据与理论数据相符的基础上,通过在北京国家地球观象台做垂直振动摆的振动实验得出,实验曲线与理论模型公式刻画的幅频特性曲线重合,验证了参考棱镜振动测量装置在实际中使用的可靠性。

大跨度铁路斜拉桥索力快速识别方法研究

大跨度铁路桥梁天窗时间有限且上道条件苛刻,如何基于常规监测设备利用简易方式实现大跨度铁路斜拉桥索力高精度识别十分重要。研究提出一种考虑斜拉索抗弯刚度的索力快速识别方法,既可提高索力识别精度又可大量简化运营期索力识别步骤,且不受拉索边界条件和铁路桥梁实际运营状态的限制。研究表明,抗弯刚度是对索力识别精度影响较大的因素之一,通过考虑拉索实际抗弯刚度可以提高索力识别的准确性,基于拉索加速度振动实测数据在拉索简支梁模型基础上建立索频、索力以及抗弯刚度的函数关系,通过数值方法计算实测多阶模态下抗弯刚度—索力连续变化图,再通过多阶模态的交线则可进一步确定拉索的唯一抗弯刚度和索力值,并以某大跨度铁路斜拉桥为依托工程,对方法的有效性进行了验证。结果表明:(1)该方法识别的索力结果相对误差可降低5.22%,换算成绝对索力值可达254.45 kN;(2)在实际应用中识别结果易受到低阶频率干扰,宜采用拉索高阶频率进行识别,建议采用5阶及以上实测频率。

基于跨模型模态应变能变化的结构损伤识别两阶段法

为提高结构损伤识别精度,采用跨模型模态应变能变化(Cross-model Modal Strain Energy Changes,CMSEC)代替传统的模态应变能变化(Modal Strain Energy Changes, MSEC)建立先定位后定量的结构损伤识别两阶段法.与传统模态应变能(Modal Strain Energy, MSE)计算时仅利用结构损伤后的振型不同,跨模型模态应变能(CMSE)的计算同时利用结构损伤前后的振型.先利用CMSEC构建CMSECI (Cross-model Modal Strain Energy Index)损伤指标来确定损伤位置,筛选出疑似损伤构件后,再利用CMSEC建立定量识别损伤程度的灵敏度方程.采用基于奇异值截断的迭代法求解该方程,以避免迭代过程中可能出现的病态方程问题.根据公式构成可以定性判断CMSEC比MSEC更难被噪声干扰.某简支梁算例表明,本文方法在损伤定位和损伤定量两个阶段均比传统方法具有更高的识别精度.为了深入考察本文方法的优越性,采用蒙特卡洛法从宏观的相对误差上界和具体的相对误差分布这两个视角解释了本文方法优于传统方法的原因.

结构全场工作模态分析的计算机视觉测振方法

介绍了一种基于计算机视觉的结构模态参数辨识方法,对于连续、长时间的采样视频,该方法通过设置局部“虚拟”测点、放大视频切片的处理方式,保证了测量结果的精度和分辨率,同时显著提高了数据处理效率。该方法具体步骤包括:拍摄被测结构在外激励下响应历程的一段视频;通过图像边缘检测算法在结构边缘处设置若干“虚拟”测点;通过光流法提取测点的表观运动响应,并利用随机子空间法辨识结构的模态参数;依次截取与每一阶模态对应的整周期运动视频,通过运动放大算法获得结构的全场工作模态振型。开展了模型飞机的单频振动试验,结果表明视觉测振的频率误差小于频率分辨率。开展了悬臂梁的模态分析试验,利用相机和激光多普勒测振仪同时进行动力学响应测量,结果显示提出的视觉方法与激光多普勒测振仪对悬臂梁结构前五阶模态频率的测量误差不超过0.35%,阻尼比的测量误差不超过14.6%,两者振型的MAC值高于94%,测量结果基本吻合。

共相装置镜面组件模态测试及动力有限元修正

为了抑制微振动对拼接式望远镜成像的影响,针对共相装置镜面组件进行了模态测试及动力有限元修正。由于其结构和接触复杂,将模型进行了简化;基于模态测试结果,采用改进正交模型-正交模态法(improve cross mode-cross mode method,ICMCM)对有限元模型进行动力修正;对修正后模型进行了阶跃响应求解,并与实测结果对比,以验证模型修正的有效性。测试结果表明:修正后的模型一阶频率误差由5.2%下降至0.2%,阶跃响应与仿真6个测试点的位移峰值、峰值时间基本一致,位移峰值最大误差为8.8%。研究结果表明,将镜面组件简化后再通过ICMCM法修正,在提升计算效率的同时可保持模型的准确性。

山地城市轨道交通高架段列车引起环境振动实测研究

对作为典型山地城市的重庆市轨道交通1号线、9号线和10号线高架段列车运行所引起周围地面振动进行实测,将测得的地面垂向振动加速度数据在时域和频域内进行了分析。结果表明:同一线路高架段列车运行引起的振动主要频率分布区域基本一致,1号线主要频率分布在52 Hz附近,9号线主要频率分布在25 Hz附近,10号线主要频率分布在37 Hz附近;随着距离的增加,高频振动衰减速度大于低频振动;高架段列车所引起地面振动的衰减规律总体趋势是随着距离的增大逐渐减小,振动在近场衰减较快,在距离桥梁中心线15 m范围外,振动衰减逐渐平缓,9号线在距离中心线12 m位置出现一定程度的振动放大现象,10号线在距离中心线25 m位置出现振动放大的现象,与平原地区相比,山地城市轨道交通引起的振动衰减趋势有所不同;不同线路高架段引起振动大小存在较大差异,1号线振动源强为74.9 dB,9号线振动源强为53.6 dB,10号线振动源强为59.3 dB,1号线高架段列车运行引起地面振动大于10号线,由于车速较低且采取了梯形轨枕减振措施,9号线引起的振动最小。

基于MEMS的振动倾角一体机设计

针对工程领域对振动监测的迫切需求,设计了一款基于MEMS的振动倾角一体机。该设备集振动采集、处理与传输于一体,兼容市电供电和太阳能供电,LoRa无线通信和RJ45有线通信并存,具备体积小、重量轻、成本低、功耗低和可靠性高等特点,可应用于高边坡危岩落石自动化监测等场景。

单传感叶端定时信号固有频率动态提取方法

为解决叶端定时采样信号的欠采样问题并应对传感器的局限性,提出了一种使用单传感器测量数据的叶片固有频率提取方法,通过构造多种虚拟信号将测量信号进行频移,提取动态变化信号的频率成分,结合先验信息提取叶片的固有频率信息。基于仿真和实验验证了该方法在固有频率提取上的有效性和准确性,同时展示了其在小样本数据处理上的潜力。该方法仅使用一支叶端定时传感器,克服了传感器布局的限制,在传感器使用数量最低的情况下,解决了欠采样带来的频率混叠问题,有望为航空发动机转子叶片在线监测提供技术支持。

基于频域分解与重采样的结构欠采样模态辨识

为了研究欠采样情况下的结构模态辨识问题,首先,在频域分解法识别结构模态参数的基础上,引入重采样策略,对不同采样频率下的参数进行辨识;其次,使用模态确认准则进行模态匹配,结合扇形折叠曲线对欠采样下发生混叠的模态参数进行还原,还原出结构的真实频率以及阻尼比;最后,通过一个8自由度仿真模型和一个4层框架实验案例,证明所提方法能够准确识别欠采样结构的频率、阻尼比和振型,重采样策略能够切实解决欠采样模态辨识问题,从而验证了该方法的正确性和可行性。

GH4169材料小阻尼精确测试方法研究

针对高温合金材料小阻尼的精确测试问题,设计了基于非接触测试的试验方案,通过激光测振获取悬臂梁的自由衰减时域响应,采用控制力矩的方式消除固支端可能引入的摩擦阻尼。首先,在时域对自由衰减响应信号进行带通滤波,采用自由衰减法计算悬臂梁的前3阶阻尼比;其次,在频域根据采样率和采样时长做快速傅里叶变换(fast Fourier transform,简称FFT)全景谱,分别对频谱曲线第1、第2和第3阶峰值±5 Hz频率范围采用线性调频Z变换方法(chirp Z transform,简称CZT)进行频谱细化,获得该频带范围内极高分辨率的共振峰频谱;最后,利用半功率带宽法获得材料的阻尼比。结果表明:基于带通滤波的自由衰减法可以从时域衰减曲线获得GH4169悬臂梁的前3阶模态阻尼比,基于CZT变换的频域阻尼识别方法在不增加采样分辨率和数据样本点的情况下,可以识别阻尼比为10-5量级的高温合金的材料阻尼。本测试分析方法可以为整体式涡轮颤振和受迫响应计算提供精确的材料阻尼数据。

基于最小二乘法的振动监测系统测量噪声现场标定

分析振动监测系统的测量噪声水平是结构健康监测设计的重要步骤,有利于优化测试方案和后期模态参数识别。本文从数据采集全过程入手分析测量噪声的主要来源和统计特性,基于最小二乘法原理,提出标定硬件噪声水平的“n信道”方法和估计多信道同步误差的方法。前者允许以任意数量的信道组合进行噪声估计,能够充分利用所有信道的信息,增强结果的稳定性;后者运用时滞测量信号的频域特性,通过互功率谱密度的比值实现信道间亚毫秒级同步误差估计。所提方法的正确性、鲁棒性和实用性通过某桥梁振动监测系统的测量数据得到验证。

基于有限元和边界元的印刷机声振特性研究

目的研究印刷机在高速运转过程中的振动和噪声特性,为印刷机振动噪声抑制提供参考依据。方法通过实地测试法和基于有限元和边界元的仿真方法对印刷机的声振特性展开研究,首先对不同工况下的印刷机机组外壳进行振动噪声实地测试,然后利用仿真软件对印刷机建立有限元-边界元模型,最后通过仿真计算,分析印刷机的声辐射特性。结果印刷机的振动和噪声主要集中在中低频段,印刷机的声辐射主要由机组外壳提供,在噪声实地测试中麦克风位置的仿真噪声频谱曲线存在多处共振峰。结论噪声实地测试结果与仿真计算结果基本一致,验证了仿真计算模型的可靠性,可为印刷机振动噪声抑制提供参考依据。

安装状态对汽机旁路阀固有频率的影响

为研究安装状态对汽机旁路阀固有频率的影响规律,根据双梁结构假设和欧拉-伯努利梁理论,建立热态全流量试验管线中汽机旁路阀的横向振动分析模型;基于扫频法和敲击法,分别搭建振动测试平台,测试汽机旁路阀在本体刚性支撑和管线支撑2种安装状态的固有频率;采用ANSYS软件的流固耦合和模态仿真模块,求解实际工况参数下不同管线支撑距离的汽机旁路阀固有频率。研究表明:采用扫频法、敲击法和数值模拟方法获得本体刚性支撑的汽机旁路阀最小固有频率分别为34.5、35、35.41 Hz,符合核电阀门抗震频率要求;管线支撑使汽机旁路阀刚性变弱,固有频率降低约7 Hz;管线支撑位置与汽机旁路阀本体距离越远,固有频率下降程度越大;蒸汽介质与汽机旁路阀的流固耦合作用使固有频率降低。汽机旁路阀实施振动抑制措施时,应避免接近实际安装状态的固有频率及其倍频,亦可调整管线支撑与阀门距离增加或减小固有频率,从而实现有效抑振。

振动(正弦)试验能力验证计划设计与实施技术探讨

能力验证活动作为实验室外部质量控制活动的一种措施,日益得到实验室、管理机构及国际有关组织的重视,为满足各相关方的要求,越来越多的机构组织实施环境领域的能力验证计划。本文针对振动(正弦)试验能力验证计划设计与实施过程中关键点进行探讨,望为以后的能力验证工作提供参考。