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.

定位结构损伤的改进跨模型模态应变能法

为了提高结构损伤定位的精度,提出将跨模型模态应变能与小波分析(Wavelet Analysis, WA)相结合的结构损伤定位方法。首先,计算所有单元的跨模型模态应变能指标。其次,对由各单元跨模型模态应变能指标构成的序列进行小波分析,提取高频细节系数后对其进行重构,以得到改进的损伤指标。最后,根据改进指标判断损伤位置。以某平面桁架为例并考虑5%噪声水平进行蒙特卡洛分析。结果表明,改进指标抵抗噪声干扰的鲁棒性更强,能更好地指示损伤位置。

基于模态应变能的扬声器盆架优化

针对扬声器轻量化及结构刚度、强度较高要求的设计目标,通过有限元方法进行模态及谐响应分析,对扬声器盆架低频模态应变能集中位置进行优化。优化后,一阶频率由547.3 Hz提高至995 Hz。网格迭代后,一阶频率提升至1031.6 Hz,且模态应变能趋于均匀分布。对应变能较小且非集中的区域进行轻量化优化,通过最小柔度方法对开窗区域进行拓扑优化,在中间部分质量减小40%的情况下,使一阶频率由1300.5 Hz提高至1386.6 Hz,同时使刚性提高。对0.6 mm、0.8 mm、1 mm厚度的扬声器盆架进行对比,从刚度、加速度两个维度进行验证。在有限元分析的基础上,对试验后产生严重变形的扬声器盆架进行基于模态应变能的实际优化,优化后一阶频率由1290.8 Hz提高至1755.9 Hz,同时刚性增大,应变能分布更均匀,变形得到改善。

基于模态应变能分析的车辆后门内板结构优化

本文针对开发车型后门内板局部模态频率未达到参考车型问题,通过模态应变能分析进行结构优化以提升内板局部模态频率。首先,通过HyperMesh建立后门钣金结构有限元模型并进行模态分析,识别模态发现内板局部模态未达标;然后,进行模态应变能分析找出内板局部模态薄弱点;最后,结合内板结构特点补强刚度不足的地方,提升内板局部模态频率。研究结果表明,基于模态应变能分析方法针对应变能集中位置补强结构能够有效地提升后门对应模态频率,提升后门动态性能。

基于模态应变能相关性的结构损伤定位研究

本文基于灰色相关性理论,通过分析结构发生损伤时单元模态应变能与未损伤时单元模态应变能的相关性对结构损伤进行定位,提出了模态应变能置信因子,根据该因子的变化曲线即可实现结构损伤的准确定位。将该方法用于两端固支梁的单损伤及多损伤的损伤定位中,识别结果可以验证:无论是单损伤还是多损伤、损伤是连续或是不连续、损伤程度是否相同,该方法对结构中的损伤都能实现准确定位,后续研究将此方法应用于大型复杂结构的损伤识别中。

基于模态应变能和小波变换的结构损伤识别研究

针对单一方法对结构同时发生多处不同程度损伤识别的不敏感性缺陷,结合小波变换在时域、频域内表征信号局部特性且能够聚焦到信号或函数的任意细节进行处理的能力,提出了一种基于单元模态应变能和小波变换的结构损伤识别方法。在单元模态应变能基础上,利用小波变换系数的变化和分布情况构建单元模态应变能小波变换结构损伤指标,通过对简支梁的数值模拟和斜拉桥模型试验研究的结果与单元模态应变能平均变化率作为损伤识别指标的计算结果进行对比,结果表明该方法能有效确定结构同时发生多处不同程度损伤的位置和估计损伤程度,为实际工程应用奠定了基础。

基于模态应变能耗散率理论的结构损伤识别方法

本文提出了基于模态应变能耗散率理论的一种新的结构损伤识别方法。表示结构损伤的损伤变量的概念来自于材料领域 ,并推广到了构件和结构 ;在此基础上 ,结构单元的损伤变量是通过建立模态应变能耗散率和相应的结构损伤前后的应变能变化的关系而获得。该方法所要求的结构损伤前后的振型模态可以是不完备的。对测量噪声的影响具有较强的鲁棒性。最后 ,通过数值算例的分析结果说明 ,该方法简便、有效 ,可定位结构的损伤和识别损伤的程度。

基于单元模态应变能灵敏度的结构损伤统计识别

基于单元模态应变能灵敏度,采用概率统计的方法,提出一种同时考虑模型不确定性和测试噪声影响的损伤统计识别方法。首先,建立基于单元模态应变能灵敏度分析的结构损伤方程组,然后,通过摄动法推导出损伤结构刚度参数的统计特性,并运用损伤概率模型计算各单元的损伤存在概率。最后,用一简支梁数值模拟算例验证了该方法的有效性。研究结果表明:损伤概率越大,表明存在损伤的可能性越大;损伤单元的损伤存在概率大于非损伤单元的损伤存在概率;随着损伤程度的增加,损伤存在概率不断增加,而随着噪声水平的增加,损伤存在概率减小。

模态应变能在复合材料机翼结构损伤检测中的应用

以复合材料机翼结构为研究对象,采用单元模态应变能改变率作为结构损伤标识量,对损伤结构进行损伤识别仿真。应用NASTRAN有限元程序对模型进行模态分析,模态分析的结果表明,单元模态应变能改变率对不同位置和不同程度损伤都具有较强的敏感性。应用神经网络成功识别了损伤的位置和程度,指出其可行性。

结构破损定位的单元模态应变能变化率法

提出了结构单元模态应变能的概念，并导出了基于单元模态应变能变化率的结构破损位置的诊断方法。该方法仅以结构破损前后的模态振型和单元刚度矩阵为输入信息。算例的数值结果表明，该方法简便、有效。

基于剩余模态力和模态应变能理论的网架结构损伤识别

针对网架结构特点,引入敏感模态的概念,提出了一种识别敏感模态的算法;基于剩余模态力理论,利用敏感模态进行损伤位置识别,并建立了基于模态应变能理论的损伤程度评估算法,采用非负最小二乘法求解超静定方程组,实现定量评估损伤程度。以某实际结构为仿真对象,分析了上述算法在网架结构损伤识别中联合应用的可行性,同时将评估结果与基于最小秩摄动理论的损伤程度评估结果进行了比较研究,并考虑测试噪声影响。结果表明,二者联合工作效果较好,不仅可以识别结构单处损伤,还可以识别结构多处损伤,且损伤程度评估结果同基于最小秩摄动理论损伤程度评估结果比,更可信,将其应用于网架结构的健康诊断是可行的。

基于模态应变能及灵敏度分析白车身模态优化

白车身优化过程中,由于板件较多,直接使用模态灵敏度分析的分析对象多且计算量大。本文引入模态应变能分析方法,从而减少模态灵敏度分析对象,提高优化效率。基于模态试验验证的有限元模型,选取模态应变能分析的一阶模态振型下的薄弱位置,缩小模态灵敏度分析的板件范围,再根据灵敏度分析结果对板件厚度进行调整,提高白车身一阶模态频率。最终结果表明,优化后一阶模态频率由15.75Hz提高到了16.50 Hz,同时白车身质量未增加,实现了白车身模态性能提升的同时车身不增重。

改进模态应变能法在混凝土组合箱梁桥损伤诊断中的应用

为提高结构损伤识别方法的准确性和对噪声的鲁棒性,将多源信息融合技术引入到结构损伤识别方法中。针对模态应变能法诊断结构损伤一般需要完备模态的特点,采用信息融合技术对各阶模态应变能进行融合,建立了基于信息融合的改进的模态应变能法。通过对一座预应力混凝土组合箱梁桥损伤识别数值算例的分析,可以看出该方法具有良好的损伤敏感性,仅需要较少的低阶模态就可识别结构的早期损伤;同时,该方法具有噪声鲁棒性,当加入噪声等于或小于10%时可以准确识别结构的早期损伤。因此该文提出的基于信息融合的改进的模态应变能法具有较好的工程实用性。

单元模态应变能法在输电铁塔损伤识别中的应用

输电塔结构在灾害中发生倒塌的现象时有发生,故而对输电塔结构进行健康监测具有重要的实际意义。介绍了单元模态应变损伤指数(EMSDI)在结构损伤识别中的表达式,并将其应用于输电铁塔模型试验中。采用单元形函数代替原有模态曲率计算方法,可有效降低计算单元模态应变能的计算误差,从而增加了识别的准确性。在输电铁塔仿真模拟和试验中,对该识别方法的准确性和可靠性进行了验证。实例表明:单元模态应变损伤指数法能够准确地识别出结构的损伤位置,并可在某种程度上反映出损伤程度,可以应用到实际输电塔结构损伤识别中。

基于模态应变能的海洋平台损伤定位试验研究

针对海洋平台等大型复杂土木工程结构,研究了基于振动响应测试的结构损伤诊断方法。采用特征系统实现算法,仅利用输出响应进行模态参数识别,基于模态应变能的变化来进行损伤定位。为了验证该方法的有效性,制造了钢质导管架式海洋平台模型,进行了振动台试验。模型预先在某些典型构件处设置了法兰连接件用来模拟损伤,针对斜撑构件测试了多种单损伤和两损伤工况。针对各种损伤工况进行了模态识别和损伤检测,试验结果表明,基于输出响应的模态应变能法进行斜撑损伤定位是可行的。

基于模态应变能与神经网络的钢网架损伤检测方法

神经网络通过对样本的学习,获得结构模态参数与损伤之间的映射关系。目前基于神经网络的损伤检测已经越来越广泛地使用在非破坏性损伤诊断当中。但对于大型结构而言,它的训练样本数量过大,将消耗大量的计算。所以如何降低神经网络的计算量使其可用于大型结构的损伤诊断是一个亟待解决的问题。为了解决这个问题,提出了空间钢网架损伤的两步诊断法:第一步,利用模态应变能对结构损伤的敏感性,判断出结构损伤的可能位置;第二步,利用神经网络从可能发生损伤的杆件中定位出实际损伤的位置,并进行损伤程度的判断。利用一个空间网架作为数值算例,进行可行性验证。结果表明此方法可以准确判断出结构的损伤位置以及损伤大小,是一种行之有效的方法。

由模态应变能法诊断结构破损的实验研究

提出了基于单元模态应变能变化的结构破损诊断方法，该方法仅以结构破损前后的模态振型和单元刚度矩阵为诊断信息．实验研究表明，用有噪声影响的不完整测试模态振型数据时，此方法仍能得到较好的破损诊断结果，并且方法简便，便于实际应用．

基于模态应变能分析和板件单元贡献分析的车身阻尼处理

基于汽车车身有限元模型与乘坐室空腔有限元模型,以声固耦合方法为车内噪声分析预测手段,分别以车身模型的模态应变能信息和对车内场点的板件单元贡献信息为指标,确定了对车身板件进行阻尼处理的位置和面积,并通过实例验证了2种阻尼处理方法的效果。模态应变能指标具有普遍适用性,而板件单元贡献指标对特定工况下的噪声问题具有针对性。

利用单元模态应变能法的地下框架结构损伤诊断

基于地下框架结构损伤前后动力特性的分析,证明了模态应变能变化对单元损伤的敏感性。选择单元模态应变能变化率作为人防结构损伤诊断的标识量,证明了多位置损伤状态下产生的单元模态应变能变化率是单位置损伤状态的叠加,并提出了应用组合优化求解结构多位置损伤诊断的方法。以一典型的人防工程为算例,通过对其在不同损伤情况下计算结果的分析和讨论,说明所提出方法是有效可行的,它不仅可以准确完成人防结构的损伤诊断,并且简化了损伤诊断过程。

计算粘弹结构动力学参数的新模态应变能方法

粘弹结构在噪声与振动控制领域已得到广泛应用,然而准确地计算粘弹结构的动力学参数一直存在困难,模态应变能法及其修正方法常用作近似计算。在分析模态应变能方法和已有修正方法的原理及其相互关系的基础上,提出一种基于损耗因子幅值的新模态应变能方法,用于计算粘弹结构的损耗因子与固有频率。新方法的修正因子随粘弹结构对应模态阶次损耗因子幅值变化。取可等价为粘弹性夹层梁/板的四参数原型系统和新型高阻尼航天载荷隔振器为算例,通过与已有方法的对比分析了新方法的准确性。