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。

基于优化阶跃激励的索穹顶密集模态测试方法

针对索穹顶模态频率分布密集的特点,以经典的稀疏时域法(STD)为例,解释此类常规方法进行结构密集模态识别精度低的原因.为了提高识别精度,配合模态识别的时域法,提出基于优化阶跃激励的密集模态测试方法.该方法通过优化激励的布置和大小,增强结构自由振动中待识别模态的贡献且同时抑制邻近模态的贡献,采用遗传算法来寻求最优激励模式.利用Geiger索穹顶算例来考察方法的有效性.分析结果表明,优化阶跃激励可以使密集模态识别问题转化成为孤立模态识别问题,采用该方法可以有效提高索穹顶密集模态的识别精度.

基于动力松弛法的松弛索杆体系找形分析

索杆张力结构施工成形分析需要解决一个松弛态索杆系统的平衡形态求解问题,该问题可归结为一个给定构件原长的受荷索杆机构系统的找形问题。文中利用动力松弛法进行该类松弛索杆体系的找形分析。由于不建立刚度矩阵,避免了体系几何不稳定性所引起的刚度矩阵奇异问题。该方法采用悬链线索单元模型,可以考虑索大垂度效应。文中还推导了反映索原长和内力之间关系的悬链线索单元协调方程。通过一个正交松弛索网算例分析,考察了该找形方法的计算精度和收敛性。最后还模拟了一个索穹顶的施工成形过程,表明了该找形方法用于索杆张力结构施工成形分析的有效性。

基于跨模型模态应变能指标的网架结构损伤定位

提出新的模态应变能指标来定位具有较大识别规模的网架结构损伤.所提指标不仅改进了表达式,还引入了跨模型模态应变能的概念.与传统模态应变能仅利用损伤结构的模态振型不同,跨模型模态应变能同时利用未损结构和损伤结构的模态振型.定性分析与蒙特卡洛分析均表明,与传统模态应变能相比,跨模型模态应变能受测量误差的影响较小.针对某392杆网架结构的数值分析表明,指标表达式的改进对所提指标抗噪性能的提升起主要作用,而跨模型模态应变能的引入有利于进一步改善所提指标的鲁棒性.所提指标比传统指标具有更强的抗噪能力,更适用于具有较大识别规模的网架结构损伤定位;选取较多的模态参与计算有利于增强所提指标的抗噪能力.

悬链线索元的协调方程式及其弦向刚度

基于精确的悬链线索元模型,本文推导了一种反映索原长和索张力水平分量之间关系的协调方程式,以及适用于动力松弛法找形分析的索元弦向刚度表达式.利用该协调方程式,无需迭代或仅采用简单的二分法便可以稳定快速地实现索原长与索力之间的换算.索元弦向刚度表达式可以在常规动力松弛法找形分析时考虑大垂度松弛索元的情况.

考虑隅撑作用的简支檩条设计研究

简支檩条的常规设计不考虑隅撑对檩条的作用,但隅撑与檩条的连接是客观存在的,隅撑对檩条的受力会产生影响。本文分析了隅撑对檩条的两种作用,即隅撑对檩条的支承作用和附加作用力,并指出隅撑作用下简支檩条的受力分析应当考虑活载不利布置以及各种不同的隅撑附加力工况。算例计算表明,考虑隅撑作用的简支檩条内力变化较大,常规设计偏不安全。

平面连杆机构的提升形态及稳定性分析

将"机构法"施工的柱面网壳简化为平面连杆机构,分析体系在提升过程中的运动形态。以吊索长度作为运动驱动的控制参数,将体系的提升过程看作为由一系列随控制参数变化的平衡构型组成。采用动力松弛法求解各吊索长度离散点所对应的连杆机构平衡构型,从而实现提升过程的模拟。根据系统切线刚度矩阵的正定性条件,通过跟踪切线刚度矩阵最小特征值的变化来分析运动形态的稳定性。通过一个柱面网壳算例,考察了文中形态分析方法的计算精度和收敛性,分析了不同分段、不同吊索布置情况下体系的提升形态特征,并对影响运动形态稳定性的因素进行了讨论。

银川机场航站楼钢结构风振分析

对银川机场扩建工程中的航站楼主楼钢结构的风致振动效应进行了分析.简述了该建筑风洞试验的风压分布特点.采用基于里兹向量的振型分解频域法进行结构风振计算.分析了该结构的风振效应的数值和分布特点,发现平均风荷载较大区域(靠近来流区域)的风振系数相对较小,而平均风荷载较小区域(远离来流区域)的风振系数反而大.结构的平均风效应和脉动风效应并不完全符合分布相似的特点,因此在设计时简单地采用统一风振系数的做法,将不能有效反映结构的实际风致振动效应.

基于附加质量优化与特征值灵敏度的结构损伤识别

建立一种附加质量优化与特征值灵敏度相结合的结构损伤识别方法。通过在原结构上附加多组经优化的集中质量获得多个具有相同刚度的新结构,再利用原结构和新结构的实测特征值建立灵敏度方程组,求解损伤参数。以灵敏度矩阵的条件数最小作为目标函数,建立附加质量优化的数学模型,并使用粒子群算法进行寻优;采用二次奇异值截断法求解灵敏度方程组。为克服灵敏度矩阵的病态性和数据噪声的干扰,提出奇异值贡献指标,以合理确定奇异值截断阈值。某悬臂梁的数值分析表明,持续增加新结构的数量难以得到足够小的灵敏度矩阵条件数,但可以增加高质量奇异值分量的数量或改善奇异值分量的质量;利用奇异值贡献指标可以合理确定奇异值截断阈值;采用二次奇异值截断法和增加新结构数量均有利于提高结构损伤的识别精度。

索杆张力结构静力位移场快速测量

提出一种新的静力位移扩展方法来快速测量索杆张力结构的静力位移场.在特定荷载作用下,实际结构的静力位移可以近似表示为少数贡献模态的线性组合.在此基础上,提出一种迭代策略来优选测点位置,以无偏估计贡献模态的组合系数,从而快速获得完整的静力位移.针对结构模态不完全正交却被用作基向量的问题,引入主成分分析法来论证用结构模态代替自由度空间基向量的有效性.以某200 m跨环形张力罩棚结构为例进行数值分析.结果表明,所提方法具有较高的扩展精度,在加载点很多但贡献模态较少的荷载工况下能有效减少测点数量,从而大幅提高静力测试效率.主成分分析结果表明,结构模态包含自由度空间完整的正交基信息,说明利用结构模态的线性组合来表示静力位移是有效的.

菜单式教学方法在本科毕业设计中的探索与实践

该文总结了毕业设计质量下滑的具体表现,并从学生和教师两方面分析了毕业设计质量下滑的原因。为提高毕业设计质量,提出一种将基础知识和质量评价菜单化的教学方法,并将其应用于教学实践。研究表明,该方法可以有效提高毕业设计的教学效率,增强指导过程的管控效果,改善毕业设计的成果质量。

工程管理专业毕业设计问题分析与对策探讨

本科毕业设计是人才培养的最后教学环节,是培养学生综合能力极其重要的一步。以工程管理专业为例,根据毕业设计指导过程中遇到的问题,总结毕业设计的现状与不足,并探讨适合本专业毕业设计的改进措施。

土木工程毕业设计规范应用的短板分析与指导探索

土木工程专业的毕业设计本质上是国家规范与行业标准的具体应用,但学生在规范应用方面普遍存在短板。在对规范应用的短板进行详细分析的基础上,探讨了为学生提供规范应用指导的具体思路。教学实践表明,学生的规范应用意识得到加强、规范应用能力得到提升。

阶跃激励下网架结构的动力响应扩展及其误差分析

为了增加单次动力测试的可用测试信息,提出一种考虑阶跃激励作用的网架结构动力响应扩展方法。由阶跃激励引起的结构自由振动响应在任意时刻均可近似表达为少数贡献模态的线性组合。在此基础上,构造一种优选测点位置的迭代策略,以无偏估计各个时刻的贡献模态组合系数(即广义坐标),从而实现动力响应由少数测点向全自由度空间的扩展。解释了动力响应扩展的误差机理,并提出一种相关系数指标来筛选高精度非测点。以某560杆的网架结构为例进行数值分析。结果表明,该方法能方便地实现网架结构的动力响应扩展,并筛选出较多数量的高精度非测点,有利于提高网架结构动力测试的效率。

网架结构单点冲击激励的数学模型与数值分析

为了解决网架结构的主动激振难题,提出一种基于重物坠落的冲击激励新方法。将由重物、绳索和结构构成的复杂振动系统简化后,建立模拟单点冲击激励的单自由度等效振动方程,最终得到单点冲击力时程的数学表达式。将冲击力时程施加于结构便可以模拟单点冲击激励作用下结构的自由振动。以某1200杆平板网架为例进行数值分析,考察重物质量、坠落高度、绳索弹性模量、绳索截面积和等效振动系统阻尼比等因素对最大加速度幅值的影响,并与阶跃激励(由突卸重物产生,坠落高度为零)进行比较。结果表明:最大加速度幅值对重物质量、坠落高度和绳索截面积较为敏感;当产生相同的最大加速度幅值时,冲击激励需要的重物质量远小于阶跃激励。该工作有利于提高网架结构的激振效率,并为网架结构单点冲击激励的定量分析提供有益参考。

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.

基于位移灵敏度的结构损伤静力识别方法

结构损伤识别是当前的研究热点,但有关静力识别方法的研究较少.对静力平衡方程求导得到位移对单元损伤的一阶灵敏度,进而得到结构损伤前后位移改变量与单元损伤系数的线性关系式.据此提出一种结构损伤静力识别的三阶段方法,即先对静力测试的加载模式进行优化,再根据非负二乘解定位损伤单元,最后基于迭代收敛解提取已定位单元的损伤系数.加载模式的优化基于遗传算法,并以线性方程组病态程度最低为优化目标.某平面桁架的数值算例表明,所提方法能够很好地对加载模式进行优化,在高噪音情况下也能有效识别结构损伤.

索杆张力结构静力位移的近似模态表达与间接测量

预应力贡献的几何刚度和材料贡献的线弹性刚度共同构成索杆张力结构的整体刚度,但既有结构中往往存在不可忽视的预应力偏差、甚至构件损伤,它们可能使结构刚度退化甚至失效.作为柔性结构,索杆张力结构的刚度性能应当被重点监测.而对控制荷载（工况）作用下既有结构的变形进行测量,是评价结构刚度是否发生变化的一个有效手段.但工程实践中一般很难对控制荷载进行大规模且精确加载,因而需要对结构变形进行间接测量.本文发现在给定荷载模式下,索杆张力结构的静力位移总是可以近似表示为少数相同模态（即贡献模态）的线性组合,结构参数变化对静力位移的影响主要体现在贡献模态线性组合系数的变化上,因此既有结构静力位移的监测问题可以转化为贡献模态组合系数的测量问题.本文还发现,通过测量某些满足一定条件的简单荷载所产生的位移,可以间接计算出控制荷载所对应的贡献模态组合系数,从而提高控制荷载所产生变形的测试效率.某Geiger索穹顶算例验证了静力位移近似模态表达式的准确性,以及基于简单荷载的静力测试来间接测量控制荷载所产生变形的可行性.

网架结构损伤定位的虚拟应变能法

提出一种新的虚拟应变能法来定位具有较大识别规模的网架结构损伤.该方法基于结构损伤前后柔度矩阵变化差的奇异值分解,提取最大奇异值对应的右奇异向量,再将该奇异向量作为虚拟荷载作用于结构,从而获得结构损伤前后的虚拟位移差,进而构造各构件的虚拟应变能用于定位结构损伤.虚拟应变能越大的构件,其损伤的可能性越大.某200杆网架的数值分析表明,所提虚拟应变能法比传统损伤定位向量法具有更突出的损伤定位能力,能抵抗较高噪声的干扰,因此在具有较大识别规模的网架结构损伤定位中具有较强的应用潜力.

索杆张力结构刚度监测的静力位移扩展法误差控制策略

贡献模态法是一种适用于既有索杆张力结构刚度监测的静力位移扩展方法。为了提高静力位移的测试精度,提出一种针对每一阶贡献模态广义位移进行专门测量的误差控制策略。采用蒙特卡洛法分析贡献模态广义位移的误差上界分布规律,发现贡献模态广义位移越大其估计误差上界越小。以最大化指定荷载某阶贡献模态的广义位移作为优化目标,采用Jaya算法寻找包含该阶贡献模态的最优测试荷载(包括作用位置和大小)。将最优测试荷载施加于实际结构进行静力测试,得到最优测试荷载作用下该阶贡献模态广义位移的估计值,再采用间接测量的方式进一步计算出指定荷载作用下该阶贡献模态的广义位移。针对指定荷载各阶贡献模态依次展开测试荷载优化以及广义位移间接测量,可实现指定荷载作用下静力位移的测试及其误差控制。某索穹顶数值分析结果表明,文中方法可以大幅降低竖向荷载作用下静力位移的测试误差上界,从而为索杆张力结构的挠度校核、模型修正、预应力识别等后续工作提供较多的高质量测试数据。