基于“能量-故障”的复合材料层合板裂纹损伤检测与识别

对一含裂纹的复合材料层合板,通过粘贴在其表面一对压电片(一片作为传感器,一片作为激振器)构造了结构动力响应的激励和检测系统。通过完好板和损伤板的振动模态参数和时域响应信号比较,探讨了识别复合材料结构损伤的可行性。同时,利用小波包分析,基于动力响应信号各频率段的能量分布,提取结构损伤的特征量来表征结构损伤情况。结果表明,当用一个含有丰富频率成分的信号作为输入对系统进行激励时,可以较为准确地识别复合材料结构的裂纹损伤。

复合材料层合板振动衰减主动控制力学模型

简要介绍了新兴的智能复合材料结构及其应用发展前景。对双压电元件复合材料层合板的振动衰减主动控制给出了有限元计算公式,导出了压电激振器、传感器的输入、输出方程,建立了结构振动主动控制的数学模型。

改进的小损伤结构动力学有限元建模方法

在遗传算法或神经网络方法识别结构损伤位置和程度时,都是基于少量的在线测量的损伤结构振动响应数据和大量的模型仿真数据来实现的,因而建立高效和精确的损伤结构动力学有限元模型,以便仿真获得损伤结构的大量动力学响应数据是十分重要的基础前提工作。本文针对ANSYS结构分析软件在建立结构小损伤有限元动力学模型存在两个关键问题,结构损伤处直接网格划分的计算结果误差和网格节省问题,以结构损伤振动检测的实际需要为出发点,提出了建立含小损伤结构的ANSYS动力学建模技术,研究了结构局部小损伤及其位置与所在处单元刚度矩阵变化的数量关系。

智能材料结构及在振动控制中的应用研究评述和展望

概括介绍了智能结构的研究领域及在振动控制中的研究概况 ,对智能结构振动控制系统的建模、控制器设计、传感和作动元件以及智能结构制作、实验研究等方面的研究进展作了简要评述。分析了各相关研究所存在的问题和该项研究专题未来可能的发展趋势。

可控蜗杆步进传动设计中的特殊问题

可控蜗杆传动机构，由于可实现蜗轮有控制的步进传动，故可做为某些有特定要求的精巧机构的传动与送料控制机构。本文讨论了在可控蜗杆传动设计中必须注意的两个特殊问题：一是蜗轮开槽宽度与其分度圆半径的关系；一是开槽位置的选择问题。为这种蜗杆传动机构的设计提供了重要的参考资料。

智能结构动力系统控制器设计和结构优化的综合分析

通过由两个压电作动器控制的空间桁架，将最优控制问题和结构中杆件截面积动态优化相结合，综合分析了二者的混合优化问题．计算结果表明，在结构动态响应特性不变的条件下，结构重量和控制需求均有显著下降．

智能复合材料结构振动控制力学模型

介绍了在航空、航天等高技术领域中柔性结构振动衰减控制90年代初期新兴的智能复合材料结构技术及应用发展前景．对一个具有应用背景的双压电片复合材料层合板帆板结构的振动衰减控制系统给出了数学模型，导出了压电传感器／激振器的输出／输入方程．进行了最优控制算法数值仿真，结果表明，其控制效果是显著的．

失调叶片盘的振动机理

本文对于失调叶片盘的耦合振动问题 ,采用子结构模态综合法建立系统的振动微分方程 ,利用试验模态分析及模态修正计算求得调谐叶片和外缘带锥壳轮盘的若干低阶模态。通过对叶片模态刚度的微量摄动 ,构造真实的失调叶片盘和各种理论分析失调模型。对某个实际的失调叶片盘的非旋转强迫振动试验验证了系统的力学模型和计算公式。计算结果分析表明 ,失调叶片盘强迫振动响应中个别叶片振动过甚乃为叶片失调所致。对各种失调模型的振动计算表明 ,小频差的随机失调优于其他失调分布形式。并就算例给出了最佳频差幅值和恰当的发动机工作频率范围。

结构损伤振动检测策略分析与应用研究

介绍了基于振动方法在线结构损伤监测和无损检测技术,归纳了在线结构损伤检测技术的研究目 标和基本要求。回顾了基于振动技术的结构损伤检测研究现状,并以一个空心蜂窝板的裂纹损伤检测 为例,提出了一种改进的研究策略。最后,对基于振动方法的结构损伤检测技术提出了应当进一步研究 的若干专题。

透平机械叶轮盘振动模态函数计算方法

对透平机械常用的叶轮的固有振动问题给出了一种试验与计算相结合求取其精确振动模态函数的方法。此方法以李兹法为基础，计算简便，试验工作量小，为真实叶轮盘和大量叶片耦合振动子结构模态综合分析提供了可行的前提条件。

振动控制传感器/作动器的数目和位置优化设计

提出一种确定传感器、作动器的数目和优化设计传感器、作动器位置的方法。以独立模态最优控制方法为基础 ,将模态控制力、作动器作动力和传感器测量的信号处理为随机变量 ,分别建立了模态控制力能量、作动器作动力能量的自相关矩阵和测量信号的能量自相关矩阵。进一步通过作动力能量的自相关矩阵和测量信号的能量自相关矩阵包含的能量分别确定了作动器和传感器的数目。在此基础上 ,建立了基于控制系统作动力消耗能量最小和传感器测量信号能量最大 ,分别设计了控制系统的作动器和传感器的最优位置。通过数值算例证明了该方法的有效性。

振动测试中多目标传感器优化配置研究

在有效独立法(effective independence method,EFI)和运动能量法(kinetic energy method,KEM)的基础上,提出一种新的传感器优化布置方法——有效独立—驱动点残差法(effective independence driving-point residue method,EFI-DPR)。它以单位刚度的模态应变能作为驱动点残差系数(CDPRi)修正有效独立法(EFI)的传感器布置方案,同时考虑Fisher信息阵行列式值最大及模态应变能最大,可以避免有效独立法和运动能量法的局限性。文中以空间智能桁架结构为算例,运用均方差最小准则、抗噪性能最好准则和模态保证准则评价各种优化布置方法的优劣。数值分析表明,有效独立—驱动点残差法是三种优化方法中最好的方法。

爆炸冲击波在长直坑道和复杂坑道内传播规律的对比研究

利用非线性动力分析软件LS-DYNA,对炸药在坑道入口处爆炸情况下,爆炸流场在长直坑道、"L"形坑道、"S"形坑道内的变化过程进行了数值仿真,得到了爆炸冲击波在不同形状坑道中的传播规律。研究结果表明:带弯道设计的坑道可以有效地削弱冲击波强度,提高坑道的抗破坏能力;弯道外侧峰值压力比同位置长直坑道中的峰值压力大,因此在进行带弯道的坑道设计时,应相应地加强弯道外侧坑道壁的强度。该方法适合于解决爆炸冲击波在复杂弯曲坑道内传播的问题,为今后的坑道防护设计提供了参考和依据。

基于Green函数和正则化的动态载荷识别方法

在载荷识别过程中由于结构矩阵的病态特性以及测量噪声的影响,常规最小二乘法往往失效。针对这一问题,采用正则化方法进行载荷识别。载荷在时域内可用一系列脉冲来表示,系统的响应是载荷与单位脉冲响应函数的卷积分。通过对载荷反演模型剖析,指出该病态问题的本质,提出了相应的正则化求解方法。基于Morozov相容性原理,采用一种新的选取正则化参数的准则分别进行了单输入单输出和二输入二输出系统的载荷识别。仿真结果说明该识别方法是有效的,可以得到满足工程要求的稳定近似解。

电流变液夹层梁的动力学分析

将电流变材料处理为粘弹性材料 ,采用了线性粘弹性理论 ,基于夹层梁动力学分析方法 ,利用广义Hamilton原理 ,推导了电流变层合梁的动力学方程。在此基础上 ,研究了具有简单的边界条件夹层梁的动力学特性 ,得出了在外加电场作用下 ,电流变层合梁模态频率和模态损耗因子都随着电场的增大而增大 ;电流变层合梁的低阶模态损耗因子变化趋势大于高阶模态损耗因子的变化趋势 ;在同样的电场 (或电压 )作用下 ,层合梁的低阶模态损耗因子大于高阶模态损耗因子。这些结论表明了电流变层合梁在外加电场作用下 。

改进的HHT在复合材料盒段损伤检测中的应用

提出一种基于结构振动和改进希尔波特黄变换的结构损伤检测方法,利用改进的希尔波特黄变换技术,研究悬臂机翼盒段结构的损伤检测问题。改进的希尔波特黄变换由三部分组成,小波分析、希尔波特黄变换及一种简单但有效的经验模式函数选择方法。用改进的希尔波特黄变换处理完好盒段结构与损伤盒段结构在方波信号激励下的动力响应信号,从中提取出结构损伤信息指标——瞬时能量变化量作为损伤特征参数。结果表明,所构造的结构损伤特征量对表征复杂结构小损伤具有较好的灵敏度。

HHT在复合材料机翼盒段结构小损伤检测中的应用

提出一种检测结构微损伤的时域方法,利用H ILBERT-HUANG变换技术,研究了悬臂机体盒段结构的损伤振动检测问题,并引入轴对称信号扩展法解决EMD过程中的端点效应。用EMD技术分解完好盒段与损伤盒段在方波信号激励下的动力响应信号,得到一系列IMF分量;然后求出各阶IMF分量对应的瞬时频率,从中提取出结构损伤信息-瞬时频率变化量,作为损伤特征参数;并研究了将之作为损伤特征参数的抗噪声干扰能力。

奇异谱分解在超声速无人机声振试验数据处理中的应用

将相空间重构和奇异谱分解相结合对受强气动噪声影响的超声速飞行器测试数据进行滤波,以实现对于试验参数的精确识别。首先通过数值仿真论证该方法的可行性,然后针对某型超声速无人机的声振试验对试验采集数据进行相空间重构,并对重构后的轨迹矩阵进行奇异值分解,得到反映真实信号信息的信号子空间和反映噪声信息的噪声子空间。通过定义奇异值差分谱这一指标来判定真实信号信息子空间维数,并针对现有最大差分谱理论缺陷提出了优选差分谱峰值理论,利用奇异谱分解的逆过程对真实信号进行重构。重构结果表明,该方法适用于超声速飞行下的飞行器声振试验数据处理,为超声速飞行器飞行状态的精确描述提供了良好的思路。

复合材料层合梁结构在线损伤检测

复合材料层合结构在服役过程中关键部位的裂纹或分层损伤累积发展到一定程度 ,常出现损伤突变现象 ,导致结构局部刚度突发性降低和结构性能下降 .通过粘贴或埋入复合材料结构中的小型压电片构成结构动态响应的激励和检测系统、以小波分析技术从响应信号中识别结构损伤信息 ,可主动在线检测服役中的复合材料结构力学性能的突变 ,准确捕获结构突发损伤的时刻 .这项研究将为许多在役中人们无法直接观察或量测的复合材料结构的在线健康监控提供新的技术支持 .

电流变液夹层梁滑模振动控制的研究

采用Rayleigh Ritz方法推导电流变夹层梁的动力学方程 ,在夹层梁动力分析的基础上 ,基于滑模控制理论 ,设计电流变夹层梁的主动控制的控制器。研究确定性系统和不确定性系统控制率的生成。