基于多尺度模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法

以灌河大桥为工程背景,提出了基于多尺度有限元模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法.首先基于现场环境振动试验结果和两阶段响应面方法对初始多尺度模型进行修正,并将修正后模型定为原始未损伤状态;进而,利用多尺度模型修正方法对结构不同部位不同程度的损伤进行识别,并探讨了模态曲率损伤指标和单元模态应变能损伤指标对不同结构尺度损伤的敏感性.分析结果表明:在不考虑噪声干扰情况下,模态曲率和单元模态应变能指标对精细小尺度单元区域主梁微小(1%)损伤均较为敏感,可识别出结构的损伤位置,而对大尺度单元区域的损伤敏感性略低;在考虑噪声干扰情况下,精细小尺度单元区域比大尺度单元区域在损伤识别方面的抗噪性更好,且模态应变能损伤指标的抗噪性略优于模态曲率损伤指标.故而提出的多尺度建模及其损伤识别方法具有应用到实际工程中微损伤识别的潜力,并为大跨结构损伤预后奠定了基础.

气泡修正多尺度曳力模型的鼓泡流化床生物质气化分析

以双流体模型为框架,气泡修正多尺度曳力模型描述介观尺度作用影响,结合化学反应动力学方法建立生物质气化模型,模拟了鼓泡流化床内生物质气化过程。采用气泡修正多尺度曳力模型考虑了介观尺度影响,使气固异相反应增强,模拟结果更接近实验值。模拟结果给出了颗粒浓度、速度矢量瞬时分布、气体组分摩尔分数瞬时分布及碳和灰分的质量分数瞬时分布特性。分析了氧当量比对鼓泡流化床生物质气化过程的影响。总体上,气体产量随着氧当量比的增加而减小。经分析得出,H_2和CH_4的产量与氧当量比有着较高的相关性,拟合优度都在0.99以上;对于CO和CO_2,则用三次多项式拟合时能有较好拟合优度。并且,CO随着氧当量比的增加先下降较快,然后平缓,最后再次较快下降。而CO_2的下降趋势则与CO正好相反,先平缓,后下降快,最后再次平缓。

基于监测数据修正多尺度有限元模型的超高层转换桁架和节点内力变化规律研究

为克服超高层结构关键构件和节点在传统局部分析模型中存在边界误差和不能全面反映结构受力的不足,根据应变监测获取超高层结构的静力响应,分析采用非均匀温度场作用下超高层结构多尺度有限元模型的估算结果与实际结构动静力响应之间的差异,提出了基于结构自振频率、悬挑桁架和节点的温度应力系数为目标的响应面模型修正方法,在修正后的多尺度有限元模型中施加规范给定五十年一遇的风荷载,分析转换桁架和节点的局部应力变化。分析结果表明:超高层结构幕墙施工状态下温度与应力之间的相关性系数超过0.8,温度变化对构件应力影响较大,验证了以温度应力系数为目标的超高层结构响应面模型修正方法有效性,以及采用非均匀温度场作用下多尺度有限元模型分析结构局部构件内力变化的可行性。

基于多目标进化算法的多尺度有限元模型更新方法

确定大跨桥梁当前状态,明确各关键部位的受力特性,是评估其性能退化及剩余寿命的前提。采用Kriging元模型建立了大跨度桥梁多尺度的代理模型,并使用多目标进化算法和演化控制算法,建立了大跨桥梁模型更新方法。以典型的某大跨度斜拉桥为例,建立大跨度斜拉桥多尺度有限元模型,全局模型整体结构采用梁单元、局部采用板壳单元,通过使用多点约束方法(MPC)满足边界条件。以健康监测系统实测数据为基础,对模型自振频率、位移响应和应力响应进行修正。结果表明:采用多目标进化算法得出的全局和局部指标修正结果与实测数据均吻合较好,相较于初始有限元计算值,自振频率平均相对误差降低了3.38%,位移响应平均相对误差降低了10%,应力响应平均相对误差降低了5%。总体而言,采用Kriging元模型和多目标进化算法可实现大跨桥梁多尺度模型的修正和更新。