不均匀积雪致大跨网架结构局部损伤分析

网架结构管球连接处局部损伤是此类结构的重要安全隐患。在风致雪漂移引起的不均匀积雪荷载作用下,局部损伤会加剧,最终导致结构局部破坏。因此很有必要分析不均匀积雪荷载作用下带伤服役网架结构局部损伤劣化情况。采用CFD数值模拟技术,以一正放四角锥网架结构为研究背景,分析了在90°风向角、12 m/s风速下,持续降雪24 h中网架结构屋面不均匀积雪分布的变化情况,并建立可表征网架结构管球连接处存在裂纹损伤的多尺度模型,分析了网架结构节点存在不同裂纹尺寸局部损伤时,不均匀积雪致网架结构局部损伤劣化程度。结果表明:网架结构风致积雪不均匀程度非常显著,而且当网架结构管球连接处存在局部裂纹损伤时,在降雪中后期,有管球连接损伤的节点大多都出现了不同程度的裂纹扩展,节点为最不利分布的穿透型裂纹时,裂纹扩展最大为15.64 mm。说明在持续特大降雪这种极端荷载作用下,带伤服役网架结构局部损伤将进一步加剧,危及结构使用安全。

FBG传感器在起重机械局部损伤监测中的应用研究

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器自身应变传递特性和敏感范围波动较大,在应用过程中缺少结合被测结构性能和FBG传感器本身结构特点的应用方法。为此,研究FBG传感器在起重机械局部损伤监测中的应用。根据起重机械的内部振动状况构建损伤模型,在FBG传感器光纤的同一位置放置两个不同的Bragg光栅,并根据波长变化采集局部损伤数据,将采集到的数据输入自回归滑动平均模型(Autoregressive Moving Average Model,ARMA)中,提取损伤状态,完成起重机械局部损伤监测。实验结果表明,所提方法的反馈时间低于0.25 ms,监测到的应变数据与实际应变数据差距相近,监测的损伤部位与设定损伤部位一致,证明该方法监测反馈效率和监测精度高,监测效果好,适用于各种环境下的起重机械局部监测工作。

考虑局部损伤区变化的能量平衡尺寸效应模型

尽管研究者已经提出各种各样的尺寸效应模型,但是建立能描述不同类型尺寸效应规律的模型依旧是力学和材料学中最具挑战性的问题之一.首先通过系统深入分析局部损伤区(localized damage zone,LDZ)随试件尺寸的变化规律,提出能够准确地描述LDZ非线性尺寸效应的理论模型并验证.在此基础上,建立考虑LDZ随尺寸变化的能量平衡尺寸效应模型.考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型能体现5种不同类型的尺寸效应规律.随着尺寸增大,类型1:名义抗压强度逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型2:名义抗压强度先在一定尺寸范围内为真实抗压强度,然后逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型3:名义抗压强度先增加,然后逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型4:名义抗压强度先逐渐增加到真实抗压强度,然后在一定尺寸范围恒为真实抗压强度,再逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型5:名义抗压强度不随尺寸变化.文章模型首次理论预测类型4尺寸效应存在,并证实微纳尺度钛合金尺寸效应试验中存在这一规律.对考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型分析表明:LDZ尺寸与试件尺寸相对变化率之间的竞争是本文尺寸效应模型能体现5种类型的尺寸效应的原因.由于笔者先前已经证明能量平衡尺寸效应模型能很好预测类型1,2和5尺寸效应,但其不能体现类型3和4尺寸效应.因此,文章应用考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型和IUSEL(improved unified size-effect law)预测类型3和4尺寸效应试验数据,结果表明:考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型能很好预测各种材料类型3和4尺寸效应试验数据变化规律,而IUSEL不能描述类型4尺寸效应数据变化规律.考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型和IUSEL预测所有尺寸效应数据的总平均确定系数接近.

双轴惯性直线振动机械滚动轴承单一局部损伤故障诊断

针对双轴惯性直线振动机械滚动轴承单一局部损伤故障判别问题。通过分析滚动轴承运行状态和载荷分布,建立基于Hertz接触理论的内、外环局部损伤故障的冲击振动模型并进行仿真和试验验证。研究结果表明,双轴惯性直线振动机械滚动轴承载荷分布区在振动方向近180°范围内随轴的旋转而周期性变化,使内、外环局部损伤故障的冲击响应时域幅值存在显著的调制现象,其包络谱图中故障特征频率的边频和调制频率显著;外环故障与单轴惯性振动机械、内环故障与旋转机械的包络谱有很大的相似性,但轴承的受力和设备工作原理的不同导致时域波形和故障机理却有本质区别,为有效诊断振动机械滚动轴承故障提供了理论依据。

防火涂料局部损伤的牛腿-衬砌结构温度场有限元分析

为研究防火涂料局部损伤的牛腿-衬砌构件在高温后的性能,采用ABAQUS软件建立三面受火的牛腿-衬砌构件仿真模型,分析高温后不同涂料热工参数和局部损伤下构件的温度场,基于模拟结果建立了考虑温度变化段长度和影响高度的计算模型,为同类型构件的抗火设计提供参考。分析结果显示:对于较为常见的隧道防火涂料,涂料越厚,牛腿底面温度越低;涂料导热系数越大,牛腿底面温度越高;涂料的比热容和密度对温度场基本没有影响。牛腿底面防火涂料局部脱落长度越大,温度变化段的长度越小,影响高度越大。牛腿底面防火涂料局部剥离厚度越大,温度变化段长度越大,影响高度越大。牛腿-衬砌连接缝处涂料局部损伤对温度变化段长度和影响高度的变化基本无影响,温度变化段的长度大致为74 mm,影响高度大致为43 mm。

内圈局部损伤滚动轴承系统动态特性建模及仿真

以运动学和动力学等相关知识为理论基础,分析了滚动轴承系统的承载特殊性,综合考虑轴承运行状态下载荷分布、系统刚度、故障冲击脉冲序列组成、损伤部位的位置变化及环境噪声等参数对其振动特性的影响,建立了内圈局部损伤状态滚动轴承系统的振动模型,进一步研究了系统特性关键影响参数,并在Simulink环境下对模型进行动态仿真,基于时频域(振动水平与功率谱2个指标)对仿真和试验数据进行分析处理.模型仿真与试验信号的处理结果基本保持一致,表明该模型可较好地描述内圈局部损伤滚动轴承的动态运行状况.

局部损伤滚动轴承建模与转子系统振动仿真

基于Jones轴承建模理论,建立了滚动轴承拟静力学模型。将轴承模型同转子有限元模型进行集成,建立了转子-轴承系统动力学模型。对于轴承局部损伤,利用一系列近似等距的冲击脉冲描述滚动体经过损伤时产生的冲击现象。将损伤产生的激励力输入转子-轴承系统模型,利用Newmark-β时域积分法对轴承损伤产生的动态振动响应进行数值仿真。将仿真的振动响应与轴承故障试验台数据进行对比,验证了滚动轴承损伤模型的有效性。结果表明,利用理论模型仿真轴承损伤产生的振动响应是可行的,能为转子-轴承系统的故障诊断提供依据。

基于局部损伤混凝土模型的FRP-混凝土界面有限元分析研究

基于局部损伤混凝土模型建立了FRP-混凝土搭接接头的精细有限元模型,对其界面在准静态荷载和动力荷载下的粘结性能进行了研究.将准静态有限元模拟结果与FRP-混凝土搭接接头单剪试验数据进行了比较,同时完成了该局部损伤混凝土模型的各参数分析,详细讨论了混凝土断裂带宽度和断裂能等因素对有限元计算的影响.该模型计算得到的准静态荷载-滑移及应变分布曲线均接近试验结果,且通过数值分析还能详细展示FRP-混凝土界面的损伤、传递及破坏过程,预测构件的静态承载能力和FRP-混凝土粘结滑移行为.在此准静态精细有限元模型基础上引入与应变率相关的混凝土动力增强因子(dynamic increasing factor,DIF),针对不同加载速率下FRP-混凝土粘结滑移行为进行了初步讨论,指出高加载速率会导致FRP-混凝土界面承载能力的提高和有效搭接长度的增长,并扩大破坏区域的范围.

局部损伤的机械弹性车轮的静动态特性

研究了0轮的局部损伤对机械弹性车轮静动态特性的影响规律。根据车轮工作原理和结构特征,建立了非线性车轮有限元模型,利用模态分析的有限元方法计算了无损伤车轮的固有频率和振型;结合车轮的力学特性和充气轮胎的常见失效形式,对车轮的失效形式和危险区域进行了分析;采用刚度退化模型模拟车轮局部损伤,分析了不同位置、不同损伤状态下车轮固有频率的变化规律和静接地承载工况下的受力特征;将B级随机路面不平度作为动态激励输入,研究了局部损伤车轮的动态响应规律。研究表明:随着0轮局部损伤程度的加深,车轮的固有频率逐渐降低,最大应力的位置不变,应力峰值变大;无损伤车轮的动态应力响应峰值小于局部损伤车轮的动态应力响应峰值;随着损伤程度的加深,在共振频段动态应力响应峰值变大,其他频段内变化不大。

结构局部损伤诊断的应变模态方法——分析与应用

监测和诊断大型工程结构的健康状况,评估其安全性已成为未来工程的必然要求。基于利用局部反应监测结构局部性能的设想,利用应变模态的局部性特点进行结构的局部损伤诊断。首先由传递函数对应变模态进行贝叶斯区间估计,通过一混凝土框架模型的模态试验,分析应变模态测试的不确定性;然后对混凝土框架柱进行局部加强,考察应变模态界定损伤的能力。结果显示,固有频率的不确定性程度最小,应变模态振型与位移模态振型相比,各测点的变异程度差异较大,而阻尼比受不同类型测试系统影响较大;在高阶应变模态对结构局部损伤发生误判的情况下,一阶应变模态可以界定损伤,准确指示损伤部位。

碳纤维混凝土局部损伤检测的实验研究

依据碳纤维增强混凝土 ( CFRC)的导电性 ,利用分段测电阻及红外热像法检测了 CFRC试块承受不同载荷的损伤情况 ,与传统的应变片测量作了比较。结果表明 :利用 CFRC的功能特性检测损伤的方法要丰富得多 ,而且有效。

三维漏磁场的钢丝绳局部损伤定量分析算法研究

本文采用均匀密布于钢丝绳圆周上的霍尔传感器阵列,捕获钢丝绳表面三维的径向漏磁信息,设计了参数自适应的空间陷波滤波器消除了股波信号,再将缺陷信号转化为灰度图,运用二维图像处理的方法进行特征提取和损伤识别.实验结果表明,该方法可较好地区分断丝的数量及断丝断口的宽度,区分局部损伤的周向分布,如集中断丝和分散断丝.

非局部损伤模型的客观性研究

为了解非局部模型在模拟应变软化现象时的客观性,文中首先介绍了几种常用的非局部模型,而后针对一个受拉杆问题,采用解析方法研究这些非局部模型能否解决进行应变软化问题数值模拟时存在的两个问题:网格依赖性和零能量消耗问题,得到了杆端位移关于应力、网格尺寸的表达式,并用图解表明这种关系。发现有的模型能够较好地解决这两个问题,而有些模型却不能克服这两个问题,解答也不能客观地反映结构的实际响应。因此有必要进一步深入研究非局部模型。

存在局部损伤时转动弹性支承铁路梁桥的位移影响线分析

本文针对两端存在转动弹性支承的铁路梁桥,推导其任意测点的位移影响线解析公式,并分析转动弹性支承及局部损伤对位移影响线的影响。首先根据变形协调条件得出该类结构的力学方程,利用虚功原理求解存在局部损伤时内力和位移影响线的显式公式,这些理论公式能够描述影响线与结构刚度、局部损伤、转动刚度及测点位置等因素的关系;通过理论与数值试验结合的方法,分析转动弹性支承刚度变化及存在局部损伤时位移影响线及其曲率的变化规律。结果表明:转动支承刚度会影响不同测点位移影响线峰值及出现位置;观察位移影响线的曲率发现,局部损伤处曲率出现突变,随着转动支承刚度增大,局部损伤引起的曲率变化量减少,但相对变化比例不变。利用较易得、精确的位移信息,本文为转动弹性支承铁路梁桥的分析及检测提供一定理论依据及合理建议。

蠕变局部损伤开裂的有限元模型

建立了蠕变局部损伤法模型 ,并给出单元进入损伤态的判据和失效的临界拉伸应变条件。局部蠕变损伤理论的实质就是试样是多种不同蠕变性能材料的统一 ,并由蠕变应力再分布得到证实。应用有限元对双缺口圆棒试样作了蠕变局部损伤分析 。

波在局部损伤混凝土介质中的传播

对弹性波在损伤介质中的传播理论进行研究 .利用弹性动力学基本原理和损伤力学模型建立了损伤介质中的波动方程 .求得了波动方程的基本解 ,并进行了实例计算分析 .由于损伤的存在 ,结构的波动响应在波形、波幅、传播时间等各方面都产生了明显的变化 .

蠕变断裂局部损伤方法的有限元模型

提出了蠕变断裂局部损伤方法的有限元模型，通过在局部薄弱环节引入损伤单元，较好地揭示了多向应力条件下蠕变损伤发生和发展的规律。应用这一有限元模型分析缺口圆棒试样的蠕变变形与损伤，得到的计算结果与试验结果能够较好地相吻合。

基于基础激励的结构损伤检测局部损伤因子法

提出了基于振动理论的结构损伤检测局部损伤因子法.局部损伤因子法可同时判定结构损伤的存在,反映结构损伤的程度及确定结构损伤的位置.局部损伤因子法考虑了结构本身非线性的影响和检测系统噪声的影响,提高了结构损伤检测的精度.用局部损伤因子法检测结构损伤时只需要2个传感器同时工作即可,测试仪器设备较少,测试方便、经济,适合于结构损伤的现场检测.模型实验表明,在基础激励条件下局部损伤因子法对结构损伤检测是有效的.

全局性能水准与构件局部损伤状态相关性研究

传统的最大层间位移作为一个全局性的性能指标,超出给定的性能极限状态阈值就不能映射构件局部损伤状态。本文基于能量平衡原理,将塑性能量耗散和塑性铰的等效能相比得到累积塑性应变,将累积塑性应变这一反映局部损伤状态的损伤指标作为工程需求参数,假定一系列累积塑性应变阈值建立局部构件的易损性曲线族。以传统的最大层间位移作为反映全局性能水准的工程需求参数,建立结构全局性能极限状态下的易损性曲线。对比全局和局部易损性曲线,发现全局性能水准和局部构件损伤状态之间存在良好的相关性,通过易损性曲线的吻合程度可获得给定全局性能水准相对应的累积塑性应变阈值。进而也建立起全局性能指标与局部损伤状态的映射关系。基于累积塑性应变的机构易损性分析是一种更精确的易损性分析方法。

基于自适应小波包的钢丝绳局部损伤相平面定量检测方法研究

本文提出了一种基于自适应小波包分析的钢丝绳局部损伤相平面定量检测方法 ,实现了局部损伤的分类和定量检测。该方法采用基于熵的小波包最佳基选取准则 ,对局部损伤信号进行自适应小波包分解 ,将分解结果显示于时—频空间即相平面上。根据不同损伤的特点 ,在时频空间内寻找特征并进行分类 ,通过能力或能量的位置对损失进行度量 ,从而实现局部损伤的定量检测。文中对断丝。