基于模态应变能变化率的公路架桥机主梁结构损伤识别研究

针对公路架桥机主梁在各种损伤条件下的损伤识别研究问题,本文以JQG160t-40m公路架桥机主梁为研究对象,基于应变模态分析理论,推导了三角桁架公路架桥机主梁结构单元模态应变能变化率的计算模型。通过在有限元软件ABAQUS建立公路架桥机的主梁模型,提取该架桥机主梁结构在12种工况下各单元的模态参数,利用Matlab计算每个单元的模态应变能变化率。结果表明:以单元模态应变能变化率作为损伤识别量,可对架桥机主梁结构的不同损伤位置和程度进行损伤识别。本方法对公路架桥机主梁结构损伤位置和损伤程度的评估是准确有效的,可以作为三角桁架类架桥机主梁结构进一步研究和定期检测的方法。

基于应变控制的沥青混合料疲劳寿命预测

在应变控制模式下对3种不同级配的沥青混合料进行了四点弯曲小梁疲劳试验,对采用耗散能相对变化率的突变点(判据1)和劲度模量下降至初始劲度模量的50%(判据2)两种失效判据得到的沥青混合料疲劳寿命进行了对比,并针对两种失效判据构建了疲劳寿命预测模型.结果表明:混合料的初始劲度模量随应变水平及公称最大粒径的增大而减小;以判据1为失效判据时,同一沥青混合料在不同应变水平下破坏时的劲度模量基本相同,不同沥青混合料破坏时的劲度模量随公称最大粒径的增大而减小,获得的疲劳寿命比以判据2为失效判据获得的疲劳寿命长;沥青混合料的疲劳寿命随应变水平及公称最大粒径的增大而大幅减小;判据1对应的疲劳寿命预测模型准确性更高.

采用应变能方法定量分析输电塔损伤程度

为了解决输电塔结构的损伤识别问题,提出了基于模态应变能变化率和能量方程的两步识别方法。首先利用模态应变能变化率方法进行较为精确的损伤定位,然后引入损伤后的单元刚度矩阵,对结构模态应变能耗散率理论进行了相关的改进研究,从而推导出更精确的损伤定量方程方法。该方法只需要前几阶振型模态,不需要完备的测量信息。数值仿真的结果表明,该两步识别方法可以有效地识别出输电塔结构的损伤位置和程度。

川滇地区地壳应变能密度变化率与强震复发间隔的数值模拟

以最新的川滇地区深部构造成像为基础,以构造应力场、GPS观测和断裂带活动速率为约束,建立了川滇地区的3维黏弹性有限元模型,通过数值模拟计算讨论青藏高原高海拔地形蓄积的重力位能、区内主要活动断裂带的错动速率、由地震波速度计算出来的各地块的介质弹性参数以及岩石、介质蠕变性质差异对川滇地区地壳现今构造运动的影响。模拟计算出研究区域内各主要活动地块和主要活动断裂带的应变能密度积累速率,并探讨了应变能密度积累速率与强震复发间隔的关系,对模拟结果和地质观测方法得到的结果进行了比较分析。模拟结果显示:青藏高原及文中研究区域内高海拔地形蓄积的重力位能和块体间的相互作用是控制区内主要活动断裂现今滑动速率、各Ⅱ级活动块体运动性质和地壳内应变能积累速率的主要动力学因素。

大跨度空间网格结构节点损伤识别定位

为检测大跨度空间网格结构状况,对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位进行了研究,提出了适用于大跨度空间网格结构节点损伤识别的两步定位法.利用模态曲率变化比进行节点损伤的初定位,识别出损伤节点所在的子结构;以此子结构为研究对象,利用杆端应变模态变化比对节点损伤进行准确定位.以天津奥林匹克中心体育场屋盖结构为计算模型进行了节点损伤识别的定位模拟,结果表明,模态曲率变化比对节点损伤比较敏感,在节点发生较小程度损伤时便能将其所在的子结构准确地定位;杆端应变模态变化比能够准确地识别节点损伤的确切位置;从而验证了节点损伤两步定位法对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位的适用性和有效性.

功能梯度经典梁损伤识别模态应变能变化率法的抗噪音性能研究

针对功能梯度经典梁,研究损伤识别的模态应变能变化率方法的抗噪音性能。基于有限元商用软件ABAQUS计算平台,计算功能梯度经典梁自由振动模态参数,并加入一定水平的噪音。用这些含噪音的模态参数仿真实际测量值。模态参数测量噪音模型采用高斯分布模型,并比较了计算噪音水平的三种计算方法。通过数值算例,分析测量噪音对功能梯度经典梁损伤识别的影响。从损伤识别结果可以发现,在1%、2%和5%的噪音水平情况下,均能很好地识别出梁的损伤单元。这表明功能梯度经典梁损伤识别的模态应变能变化率方法具有良好的抗噪音性能。

模态应变能理论及其在风力机叶片损伤识别中的应用

文章给出了风力机叶片的动力特性计算模型、结构体模态应变能的概念及其计算模型,定义了结构体损伤状态下的模态应变能变化率概念并给出其计算模型。在此基础上,以15 kW风力机叶片为研究对象,在ANSYS中建立有限元分析模型,计算该叶片在不同损伤位置与不同损伤程度下的频率以及模态应变能变化率,并以模态应变能变化率作为表征结构损伤的标识量,对含损伤的风力机叶片结构进行损伤辨识仿真。通过神经网络建立起损伤标识量和损伤状态之间的映射模型,为实现叶片损伤的诊断提供理论依据。

基于敏感模态单元应变能法结构损伤识别

根据结构损伤前后特征值变化率选择对损伤单元应变能变化灵敏度较高的模态,建立一种高效的并具有较好鲁棒性的结构损伤识别的方法。从结构振动方程出发,推导结构损伤前后特征值变化率和应变能变化的关系式,建立一个由特征值变化率、单元损伤因子、单元损伤灵敏度因子以及单元损伤修正因子组成的结构损伤识别方程。应用单元损伤修正因子建立结构的损伤定位指标,并应用结构损伤识别方程式推导出单元损伤程度因子的解析表达式。应用本方法对一新型防浪提结构进行单一处损伤和多处损伤的损伤位置识别和损伤程度识别,最后,对本文提出的损伤识别方法的抗噪声性能进行测试。研究结果表明:本方法具有较好的鲁棒性,并且识别结果具有较高的精度,表明本文提出方法具有高效性。

基于模态应变能变异指标的斜拉桥模型损伤识别研究

基于动力测试采用模态应变能变化率方法对一座独塔斜拉桥模型进行了损伤识别实用性研究,识别过程基于动力模态分析,激励方式包括车辆激励、环境激励和冲击激励.从识别得到的各阶试验模态的模态应变能变异指标的计算结果可知:在合适的激励条件下,模态应变能指标可以识别梁式结构主梁的损伤位置和大小关系;激励的充分条件会影响模态应变能指标的识别效果,冲击激励产生的激励较充分,因而损伤识别的效果最好;各阶试验模态包含的损伤信息完备程度不同,建议综合多阶模态应变能变异指标的计算结果进行损伤识别.

一种两阶段框架结构损伤诊断方法

研究目的:工程结构损伤诊断是结构健康监测的核心技术与理论基础。针对在工程中往往只能测试到框架结构的前几阶低阶模态的实际情况,本文结合模态应变能变化率指标法和直接解析法的优点,提出一种新的两阶段结构损伤诊断方法:第一阶段使用模态应变能变化率指标进行损伤定位,第二阶段使用直接解析法对损伤单元进行损伤定量。最后通过采用该两阶段方法对框架结构模型进行损伤诊断的数值分析来验证其有效性。研究结论:(1)两阶段结构损伤诊断方法不仅大大降低了直接解析法中损伤未知量的求解数目,而且大大降低了损伤识别所需的模态阶数;(2)两阶段方法仅需框架结构的低阶模态就能较好地进行损伤诊断;(3)两阶段结构损伤诊断方法在理论上更加接近于工程实用;(4)该研究结论可用于检测框架结构的损伤位置和损伤程度。

基于模态应变能的不同损伤指标对比

为解决工程结构的多损伤识别问题,对基于模态应变能的不同损伤指标方法进行了对比分析和研究。首先,描述了3种损伤指标,即模态应变能变化指标(MSECI)、模态应变能耗散率指标(MSECRI)和模态应变能基指标(MSEBI);然后借鉴模态应变能耗散率指标的建立原理,通过对刚度矩阵的修正,建立相应的能量等效方程,并提取了一种模态应变能等效指标(MSEEI);最后对4种应变能损伤指标进行了对比研究,并考虑了测量噪声的影响。数值仿真结果表明,模态应变能基指标可以较好地识别结构的损伤位置,模态应变能等效指标则不仅可以有效地识别结构的损伤位置,而且可以较为精确地识别结构的损伤程度。

基于单元模态应变能变化率的电力构架损伤识别

为提高变电站电力构架损伤检测效率和识别水平,更准确地把握电力构架结构整体的损伤程度,以现代大型变电站中常用的钢结构电力构架为研究对象,采用单元模态应变能变化率方法,对具有不同损伤部位和不同损伤程度的电力构架进行了损伤识别分析.结果表明:单元模态应变能变化率是受损钢结构电力构架的一个比较敏感的损伤标示量指标,采用该指标能够很好地对存在单一位置损伤或多位置损伤状态的电力构架进行损伤识别和定位.

中国大陆地壳应变能密度年变化率图像与强震活动关系的初步探讨

以现代构造应力场和地壳运动的观测结果为约束条件，利用有限元方法计算了中国大陆地壳应变能密度年变化率。三维有限元模型采用粘弹性本构关系，包含了中国大陆主要活动断裂带。在青藏高原考虑了因高海拔地势蓄集的附加重力势能和地壳山根浮力作用。边界条件主要考虑了印度洋板块和太平洋板块对欧亚板块的挤压作用。把模拟结果与强震活动的时间和空间分布特征相比较。地壳应变能密度年变化率正、负值过渡带分别对应着龙门山断裂带、燕山一阴山构造带、天山构造带、鲜水河小江断裂带、红河断裂带、鄂尔多斯周边断裂带。而这些构造带均是历史上强地震的多发带。由应变能密度年变化率的数值估计，中国西部地震活动带的强震重复周期应该在250年左右。而华北中、南部地区的强震重复周期要长得多。

岩样单轴压缩破裂问题势函数和平衡方程的讨论

证明了在普通试验机上加载,机身形变um=f(u)/Km和力P作用端位移a=u+um=u+f(u)/Km都是岩样形变u的函数.据此,正确写出了以原点为起点试验机-岩样系统的势函数,正确求得岩样有大于零的微形变du(>0)而系统处于准静态时的平衡方程.由此平衡方程导得的系统动力失稳起始点j和终止点s的位置,可以返回到岩样荷载-形变曲线上,在这两点处的曲线斜率f′(uj),f′(us)相同,它们的绝对值等于机身刚度Km,由此得到的f′(uj)+Km=0即为岩样失稳的Cook刚度判据.以岩样形变u为变量,给出机身弹性应变能变化率曲线,用解析与几何方式阐明了岩样动力失稳瞬间试验机释放的应变能量值.

基于模态应变能变化率的L形管道损伤识别

为识别L形管道的局部损伤,根据局部结构的振型、刚度矩阵和固有频率,得到管道局部的模态应变能变化率指标,并利用有限元软件ABAQUS模拟不同参数模型,得到低阶模态数据以及管道各单元的模态应变能变化率。模拟结果表明:采用该损伤指标,能够较好地确定L形管道的损伤位置,并且直管单元比弯曲单元对该指标更敏感;对同一单元不同损伤程度的对比,可以反映其损伤程度的大小;对L形管道不同弯曲角度进行模拟,该指标对不同弯曲角度L形管道的损伤识别具有普遍性;对L形管道不同缺陷长度进行模拟,模态应变能变化率指标在缺陷取周向长度的1/32时达到极限。

考虑质量变化的刚架结构损伤识别方法研究

结构构件出现缺口损伤时,伴随着结构质量的减小。为了更精确地识别结构损伤,以折减损伤单元截面积来模拟结构损伤,提出考虑结构质量变化的刚架结构损伤识别方法。该方法首先通过相对模态应变能指标对结构损伤进行准确定位;之后考虑梁单元截面特性变化的特点将单元刚度矩阵进行分解,以多个指标描述单元损伤,从而建立结构损伤程度识别方程,并用最小二乘方法对损伤指标进行求解。数值算例结果表明,本文方法能实现对刚架结构损伤位置的准确定位和损伤程度的精确识别,而且具有良好的抗噪性。

连续梁桥损伤诊断的单元模态能量比法研究

运用摄动理论 ,对一四跨连续梁桥有限元模型 ,进行了各单元损伤时前四阶弯曲振动的特征值灵敏度分析 .利用单元局部频率变化率法和单元模态应变能比法 ,对连续梁桥进行了损伤诊断的数值模拟研究 .结果表明 ,单元模态应变能比法能够更为准确地对损伤进行诊断 ,而只利用单元对应的某一阶应变能比时 ,诊断结果受单元位置的影响 .最后 ,还分析了各单元刚度和初始模态信息的误差对损伤诊断结果的影响 .

冲击载荷下石灰石力学特性与能耗规律研究

为了研究三友露天石灰石矿在开采过程中爆破引发的冲击载荷对于矿石力学特性的影响与破碎时能量的变化规律,采用SHPB实验系统对石灰石进行不同冲压气压下的冲击加载实验,分析了石灰石的动态强度及能量变化规律反映岩石内部裂纹的产生发育过程。经研究结果表明,应变率为26.25 s^(-1)时,岩石的动态抗压强度80.67 MPa,应变率增加至34.30 s^(-1)时,岩石的动态抗压强度98.00 MPa;动态抗压强度随应变率增加呈现出指数增加的趋势,且存在一个应变率分界值,在应变率小于29.00 s^(-1)时,石灰石的动态抗压强度增长缓慢,在当应变率大于29.00 s^(-1)时,石灰石的动态抗压强度快速增加;随着入射能的增加,吸收能与其成线性增加趋势,透射能与其成二次函数增加趋势;随着应变率的增加,岩石单位体积吸收能从0.24 J/cm^(3)增加到0.63 J/cm^(3),表明岩石在高应变率下破坏耗能更大。

火箭蒙皮上L型梁损伤识别方法的仿真研究

利用基于模态应变能的损伤识别方法,对火箭蒙皮上L型梁进行损伤识别方法的可行性研究。该损伤识别方法以结构损伤导致模态参数变化为依据,通过对比损伤前后模态应变能变化率以及模态应变能曲率差构建损伤识别指标。在无噪声的情况下,两个指标都能较准确地识别及定位出损伤,且模态应变能曲率差的识别效果要好于模态应变能变化率。最后在随机噪声的情况下,发现两个指标在模态数据测试较多及噪声水平不是很高的情况下,识别效果较好。

混凝土/花岗岩界面Ⅰ-Ⅱ复合型动态断裂试验研究

为研究混凝土/岩石界面在复合型应力条件下的动态断裂性能,考虑四种应变率(10-5~10-2 s-1)及三种模态(21.8°,41.7°和60.3°)工况,对混凝土/花岗岩复合试件进行了四点剪切试验,获得了荷载与裂缝张开位移及裂缝剪切位移的关系曲线;结合界面力学理论和结构动力分析得到了界面Ⅰ型和Ⅱ型动态应力强度因子,据此得到并分析了断裂韧度、应变能释放率的率相关性及模态比相关性。结果表明:在所研究的应变率和模态角范围内,同一时刻的裂缝张开位移均大于裂缝剪切位移;Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度均随应变率的提高而增加,Ⅰ型断裂韧度随模态角的增大而减小,Ⅱ型断裂韧度随模态角的增大而增加;应变能释放率随应变率和模态角的增加均呈现出增长趋势。