地方高校土木类专业学位研究生创新应用型人才培养模式研究与实践

工程专业学位研究生教育承担着为国家培养高层次应用型人才的重要任务。针对地方高校土木类专业学位研究生存在培养目标不清晰、培养模式不合理、实践能力不足、创新能力不强的问题,构建了以“产教协同、项目驱动、开放融合”为特色的“一目标、二协同、三递进、五保障”专业学位硕士研究生人才培养模式(简称“1235”人才培养模式)。该模式围绕提升研究生实践创新能力的核心人才培养目标,建立了产教协同的二元人才培养机制,实施了“理论—实践—创新”三阶递进式的人才培养方式,构建了以“教学礼拜”为载体,导师、学科方向、学院、学校、政府“五位一体”的研究生培养质量保障与改进机制。经过多年实践与完善,该模式取得了较好的人才培养成效,专业学位研究生人才培养质量明显提高。

输电线路共振舞动机理试验研究

该文开展了输电线路共振舞动机理试验研究,以湖南省某220 kV输电线路工程为原型,基于动力相似原理,设计制作了塔线体系试验模型。为最大限度保有输电线路本身的动力特性,设计研发了一套非接触式电磁激励系统。采用单相面内激励、三相面内激励以及三相面外激励等不同的激励工况,对输电线路的强迫振动特性进行了测试和分析。结果表明:系统共振是引发输电线大幅舞动的主要机理,输电线路发生大幅舞动的激励频率均趋近于系统的各阶固有频率且振型一致。塔-线之间、相-相之间存在显著的耦合振动现象,非激励相也会发生大幅舞动,其幅值有时甚至超过激励相,相与相之间存在明显的动力吸振现象。三相输电线路在共振状态下的振动形式非常复杂,从时程上看,相间存在同步、反向同步和延迟同步等振动形式,且相间常常发生同周期拍振或异周期拍振现象,异周期拍振时,振幅此消彼长,能量在相间往复传递。从轨迹上看,有直线形、椭圆形、新月形、“8”字形、甚至混沌运动等,且由于随机干扰的影响,轨迹会发生漂移现象。

基于应变能与频率灵敏度的静动力双目标ESO

当前在运用渐进结构优化(ESO)时,大多仅设定了单一的静力或动力目标,难以满足工程结构设计的需求。为此,将单目标优化常用的应变能灵敏度和频率灵敏度进行无量纲处理,再与多目标优化理论结合,开发出静动力双目标ESO。通过多个不同边界条件的深受弯构件数值算例,证实了新方法的运行稳定性和普遍适用性,同时还得到了静力优化与动力优化间的权重系数比取值建议。有限元对比分析结果表明,该新方法相较于传统的单目标优化,能够兼顾结构的静动力性能,使结构耗材减少但静力刚度基本维持,同时材料利用率和一阶固有频率还能不断提升。

输电线路非线性耦合振动的动力学模型与分析

考虑输电导线几何非线性效应,将直线塔绝缘子串简化为一个转动的刚体,推导了两档导线平面内相互耦合的非线性振动方程。研究了不同工况下两档导线的耦合振动特性和能量传递机理,当两档导线的固有频率满足特定的关系时,系统会引起共振。分析了阻尼的位置和大小对导线衰减振动的影响,在导线上施加阻尼的减振控制效果远优于在绝缘子串处施加阻尼的效果。该研究结果可为输电导线系统的减振设计提供理论依据和参考。

基于虚拟响应信号的结构参数时域辨识研究

在充分考虑线性动力系统的时域响应特性以及小波包分析的频率空间剖分特性的基础上,提出了一种基于虚拟响应信息提取的信号去噪新方法。虚拟响应虽然没有在结构动力检测过程中真实发生,但却是在某种激励下可以实现的一个响应,因此,根据虚拟响应信息同样可以进行结构系统的动力识别。数值研究表明,对于地脉动响应这种有效信号频带与噪声频带相互覆盖的低信噪比信号而言,小波阈值去噪法已无能为力,而基于虚拟响应信息提取的信号去噪方法则有较好的去噪效果。

非线性时域识别方程的不适定性与正则化方法研究

研究了非线性时域识别方程的不适定性及其正则化求解方法。雅可比矩阵的性态能够反映非线性识别方程的性态,因此雅可比矩阵的条件数是非线性识别方程的不适定性的度量。阻尼最小二乘法只是一种强迫正定的计算方法,其识别结果仍然对测试噪声很敏感,解决该问题的有效途径是将阻尼最小二乘法与正则化方法两者结合使用。算例表明,将先验的参数预估值引入Tikhonov镇定泛函可以得到稳定的参数解,且识别误差与原始数据的测试噪声基本保持在同一水平。

塔线体系脱冰跳跃动力特性实验研究

基于动力相似理论,以湖南某220kV输电线路为工程原型,设计了缩尺比为1:20的两档塔线体系实验模型。采用程控方式控制模拟冰荷载脱落,实现了拉链式脱冰和同时脱冰、整档脱冰和局部脱冰等6种工况。通过对这些工况下输电导线位移响应与应力响应的测试和分析可知:整档同时脱冰是一种最危险的工况,最大的跳跃高度可达跨度的2.02%。整档脱冰工况下的动应力峰值均比脱冰前的覆冰静应力要小,应力减幅可达5%以上;局部脱冰工况下的动应力峰值则略大于覆冰静应力,但应力的增幅不会超过1.33%。这些结论可为塔线体系的强度和刚度设计提供参考。

结构物理参数时域识别的子结构方法研究

研究了输入、输出信息皆不完备情况下的结构参数识别以及荷载反演问题。阐述了一种通用的子结构动力方程及其参数识别方程建立的基本原理和方法,并针对实际工程检测中子结构参数识别方程的输入特性,分别采用一种与之相适应的分解反演算法或统计平均算法。子结构技术与分解算法或统计平均算法的有效结合,为有限测点条件下的结构参数识别及荷载反演问题提供了一个较好的解决方案。大量的数值计算结果表明,本文提出的方法具有很好的参数识别精度及荷载反演效果。

结构损伤诊断与系统时域辨识研究综述

对结构时域辨识理论及其应用进行系统研究和综述。研究表明:环境激励的非平稳与不确定性、响应信息的不完备性、反问题的不适定性以及测试噪声等是影响系统时域辨识理论在结构损伤诊断中应用的关键因素。以影响因素为主线,系统阐述结构时域辨识理论、方法的发展和研究现状,并对其优、缺点进行比较。分析指出,基于系统识别的结构损伤诊断技术适合于从整体层次上把握结构的健康状况,只有将其与局部损伤检测方法结合才有可能对大型复杂结构的健康状况作出正确的评估。展望结构时域辨识技术的发展趋势认为:随机子空间法等先进的系统辨识方法、EMD非平稳信号处理技术以及神经网络智能算法将成为未来研究和发展的主流。

全量补偿复合反演算法的改进及其应用

全量补偿法的提出为部分输入未知条件下的结构参数识别以及荷载反演提供了一个很好的思路,但由于该算法在进行参数估计时没有考虑已知输入与未知输入的可信度差别,因此参数收敛过程中会产生振荡现象,收敛速度相对较慢。在此基础上,充分利用部分输入可确知而部分输入未知的激励特性,构造了一个基于加权最小二乘准则的改进算法。与原算法相比,改进算法不仅在理论上更加完备,而且其收敛特性也有质的改善。在同等的参数识别精度条件下,其所需的迭代次数仅为原算法的十分之一。

基于周期统计平均的结构动力复合反演研究

研究了输入未确知条件下的参数识别、荷载反演问题。根据激励的周期特性 ,运用统计平均的思想 ,构造出一类时域识别反演算法。数值算例表明 ,该算法的参数识别精度高 ,且具有很强的噪声适应能力和初参数选择鲁棒性。将本文算法与全量补偿算法有机会结合 。

两档输电线路间的非线性耦合振动特性研究

考虑几何非线性的影响,推导了两档输电导线与悬垂绝缘子串耦合振动的非线性动力学方程,并运用数值分析软件对不同工况下的振动响应进行了数值求解.基于输电导线振动的位移时程曲线,得到了两档输电导线的非线性耦合振动特性和共振特性,在小传输角度情况下,角度对输电导线的振动幅度没有明显影响,但振动系统的静平衡位置会发生偏移.

部分输入未知条件下结构动力复合反演的分解算法

在充分利用部分输入已确知而部分输入未知的激励特性的基础上,提出了结构动力复合反演的分解算法,该算法从源头上消除了迭代过程中参数识别与荷载反演的相互影响,降低了问题的计算规模。对于线性参数系统,该算法不经过任何迭代计算即可一次性完成结构参数识别及荷载反演。将其与松弛法结合,可解决非线性参数系统的识别问题,与文献[4]的方法比较,其收敛速度有显著提高。

多档输电线非线性建模及面内自由振动分析

考虑边界条件和耦合连接条件,基于Hamilton变分原理,建立了多档输电线结构的精细化动力学模型。对两档输电线系统的特征值问题进行了研究;根据面内特征值方程,确定结构的模态函数,分析了垂跨比、跨度比等参数对面内固有频率的影响。研究结果表明,随着跨度比和垂度比的增大,各档之间横向振动耦合增强,模态频率会发生频率穿越现象。本文结合模态局部化因子描述体系的局部模态、整体模态、混合模态行为,输电线档间通过连续条件耦合,产生混合模态。结果表明,在Veering区和频率穿越区附近,某些频率接近相等,存在1:1内共振和2:1内共振模式。

建模误差对结构损伤识别神经网络的输入向量的影响

通过理论推导 ,得到了模型参数误差均匀分布时五种输入向量相对误差的计算公式 ,这些公式为结构损伤识别神经网络的输入向量的选择提供了理论指导。理论分析表明 ,用归一后的频率变化比或按模态点归一的一阶模态损伤信号指标构造神经网络的输入向量 ,能有效地降低甚至消除均匀建模误差的影响。这些公式和结论在梁和框架损伤识别的数值算例中得到了证实。此外 ,本文对非均匀建模误差对神经网络输入向量及识别结果的影响进行了数值模拟和分析。

中美产学研合作教育的比较研究及启示

产学研合作教育兴起于20世纪初的美国,一个世纪以来美国产学研合作教育积累了很多成功经验。深入比较中美产学研合作教育的特点,对我国产学研合作教育的实践和发展,将起到一个借鉴和推进作用。文章剖析了我国当前产学研合作教育存在的主要问题,提出建立政府、高校和企业三位一体的产学研合作教育联动体系。

带式输送机平衡锤的振动分析

建立了带式输送机系统的简化模型，考虑驱动滚筒刚体运动与胶带弹性运动的耦合，导出了该系统纵向振动的动力学方程，确定了合理的边界条件。以神府矿区某矿主平峒胶带机为例，对起、制动过程中平衡锤的振动特性作了数值计算，并进行了结果分析，计算结果与实测数据基本相符。

塔线体系脱冰瞬态响应分析与相似验证

运用ANSYS软件建立了三塔两跨塔线体系试验模型及其原型的有限元计算模型,并对它们在各种脱冰工况下的瞬态响应进行了分析和比较.结果表明,不仅响应的特征参数满足动力相似,而且整个时程响应曲线吻合良好,模型试验结果能够反映原型的动力特性,试验数据具备良好的互推性.本文的研究和结论不仅验证了试验模型设计的正确性,而且为试验模型的制作以及脱冰跳跃模型试验提供了理论指导.

两跨输电线非线性主共振响应分析

研究两跨输电线非线性共振响应问题,应用Hamilton变分原理推导了两跨输电线的振动微分方程以及对应的边界条件。利用Galerkin离散方法和多尺度法,得到了单模态主共振响应。研究结果表明:幅频响应曲线表现出软、硬弹簧性质,随着外激励幅值的增大,输电线系统响应由软弹簧性质向硬弹簧性质转换;系统阻尼减小或外激励幅值增大时,系统幅值个数也随之发生变化,表现出多值和跳跃现象。

混合遗传算法在结构动力反演中的应用研究

研究了输入荷载未知条件下的结构参数识别及荷载反演问题,该问题最终归结为一个非线性的优化问题求解,根据目标函数、约束条件的具体特性,采用BFGS算法作为局部搜索算子,构造了基于浮点编码的混合遗传算法。针对系统输入未知的激励特性,采用分解反演的计算策略,从而提高了动力反演中混合遗传算法的稳健性和收敛速度。数值算例表明,这种方法具有很好的参数识别精度及荷载反演效果,对测试噪声有较强的适应能力。