基于固有频率向量的结构损伤检测实验研究

引入固有频率向量及固有频率向量置信准则的概念,提出基于固有频率向量的结构损伤检测方法。以一个8层剪切框架模型的损伤检测为例,阐述用该方法进行损伤检测的原理和步骤。首先根据修正后结构的动力学模型,用局部刚度减小的方法,模拟结构不同位置和不同程度的损伤,计算出损伤结构序列的固有频率,并组成固有频率向量作为损伤数据库。然后实验测试出带损伤实物模型的固有频率,并组成固有频率向量,再根据该实测固有频率向量与损伤数据库中固有频率向量之间的固有频率向量置信准则,对损伤程度和位置进行检测。对框架结构的损伤检测实验结果表明,文中的方法可以准确地识别出损伤的位置,并可以较准确地检测出损伤的程度,而且实验结果证明文中方法还具有较强的抗测量噪声的能力。

基于固有频率向量的结构损伤检测方法

基于损伤前后结构固有频率的变化,引入了固有频率向量及固有频率向量置信准则的概念,提出了基于固有频率向量的结构损伤检测方法。首先建立完好结构的有限元模型,并模拟出结构的若干种损伤模式,分别求出完好结构与各损伤模式结构的固有频率向量,从而构建出结构损伤特征数据库,随后对具有某种未知损伤的结构,根据该结构的固有频率向量与损伤数据库中每一个固有频率向量之间的相关程度——固有频率向量置信准则,由最大置信准则来判定对应的损伤模式。应用该方法对一个八层剪切空间框架模型的损伤进行了仿真检测,对于无测量误差的情况,在任何一层的支柱损伤大于最低可检损伤的情况下,都能准确的检测出损伤的位置及程度;考虑了固有频率测量的随机误差之后,应用损伤检测概率进行评估,该方法也具有较高的损伤检测概率。

基于固有频率向量的模型修正方法

在固有频率向量概念的基础上,引入了表示模型修正前后2个结构的固有频率向量之间的相关程度的固有频率向量置信准则,提出了一种基于固有频率向量的模型修正方法。在一个8层空间剪切框架模型上,对文中提出的模型修正方法进行了有效性验证,并与传统的基于固有频率灵敏性分析的模型修正方法进行了比较。结果表明,该方法只需用到结构的固有频率信息,且使用很少的迭代步数就可以得到较满意的修正结果。

改进的基于固有频率向量的损伤检测方法

通过仿真算例说明基于结构损伤前后固有频率变化的固有频率向量空间损伤检测法是一种很有潜力的损伤检测方法。为了验证该方法在复杂结构损伤检测中的有效性,针对一个8层剪切楼房模型,通过有限元建模并模拟损伤,建立结构的固有频率向量损伤检测数据库,应用固有频率向量法进行损伤检测。在考虑结构损伤前后固有频率向量相关性的同时,也考虑其固有频率向量模之间的偏差因素,对固有频率向量法损伤检测的置信准则进行改进。实验结果说明,应用有限元建模方法能准确模拟复杂结构的损伤状态,拓展了固有频率向量法的适用范围,并且与原损伤判据相比,改进的损伤判据在实验中明显提高了损伤检测的准确性。

基于模态追踪技术的微硬盘驱动臂频率拓扑优化

以微硬盘驱动臂的1阶扭转、纵向弯曲和横向弯曲振动特征频率最大化为目标,基于各向同性惩罚材料插值模型,建立了驱动臂结构动力学特性的拓扑优化模型。引入模态跟踪技术避免了模态振型的变化,利用灵敏度滤波技术抑制了棋盘格效应和网格依赖性等数值奇异性问题,构建了基于模态灵敏度排序的材料更新算法,提出了针对特定振型频率最大化问题的结构动力特性拓扑优化方法。数值研究结果表明,基于模态跟踪技术的结构频率拓扑优化方法,显著提高了微硬盘驱动臂结构的特征频率,为有效改善微硬盘驱动臂的动态性能提供了一种新的途径。

高速磁浮U形轨道梁模态试验研究

为了探索不同材料钢筋骨架的高速磁浮列车U形轨道梁在相同工况下抗冲击性能,预制5块不同材料钢筋骨架轨道梁试验模型进行试验研究,使用激振锤激振轨道梁并拾取加速度信号,通过数值模态分析判断不同材料结构的抗冲击能力。采用模态置信判据准则(MAC)分析各阶模态振型相关性。建立有限元仿真模型,将试验与仿真结果对比验证试验结果准确性。研究结果表明:轨道梁固有频率大小随钢筋骨架力学性能增加而提高,但模态阻尼比对材料变化不敏感;玄武岩+土工格栅材质轨道梁整体抗冲击性能较好,不锈钢复合筋轨道梁最低;5片轨道梁的1阶固有频率为27.34~39.37 Hz,其高低顺序为:玄武岩复合筋>土工格栅+玄武岩复合筋>玻璃纤维复合筋>土工格栅+玻璃纤维复合筋>不锈钢复合筋,其中玄武岩复合筋材质的1阶固有频率最高,为39.37 Hz,抗冲击效果最好。