桁架结构损伤识别的单元模态应变差法

从桁架结构的受力特点出发,利用两节点空间铰接杆单元有限元法,由节点模态位移推导出单元模态应变,提出采用损伤结构前后的单元低阶模态应变差作为桁架结构损伤定位的动力指纹,建立一种基于杆单元模态应变的桁架结构损伤定位方法。数值算例分析表明,该方法能在低阶模态测试自由度信息条件下,针对单处或多处损伤、支撑处损伤、轻微或严重损伤,以及多种损伤共存等不同损伤状况的桁架,均具有损伤定位的能力;并能根据损伤单元模态应变的差值确定出损伤程度;且在一定噪声水平下具有较强的抗噪能力,适用于实际观测条件下的桁架结构损伤定位。

采用应变差分离法的新型协同转动三边形曲壳单元

发展了一种能够解决结构大位移、大转角问题的新型协同转动三边形曲壳单元.不同于现有的其他协同转动有限元法,本单元有如下特色:1)采用了矢量型节点转动变量,它们是单元节点处曲壳中面法向矢量的2个较小分量;2)所有的节点变量在增量求解过程中都是采用简单的加法进行更新的;3)单元的切线刚度矩阵是通过计算单元应变能对节点变量的二阶微分得到,且节点变量间的微分次序是可互换的,因而得到的切线刚度矩阵是对称的.为消除可能出现的闭锁现象,在计算单元应变能时引入了假定膜应变和假定剪切应变.这些假定应变采用应变差分离法计算,它们不影响单元切线刚度矩阵的对称性.通过对4个典型算例的分析,验证了单元的可靠性、计算精度和计算效率.

基于单元广义应变差的管桁架结构损伤识别

在单元应变模态差基础上,提出了基于单元广义应变差法的损伤识别方法,该方法由冲击荷载作用下的结构位移时程响应求出单元应变时程响应,对全部时间点单元应变时程响应绝对值求和后得出单元广义应变。采用结构损伤前后的单元广义应变差作为网格结构损伤定位的识别指标,并以损伤单元广义应变差值大小确定损伤程度。通过对一个典型管桁架的数值模拟表明:该方法只需要一次冲击荷载作用下的时程响应,就能够有效地识别出结构损伤定位及定量,且抗噪声能力优于现有的基于单元应变模态差的识别方法。

钻孔应变差应变耦合系数反演与有关机理的探讨

研究反演分量式钻孔应变差应变耦合系数的方法,采用考虑方位角校正和相位滞后影响两种计算模型,计算结果显示大多数测站采用两种方法反演的耦合系数均比较相近,相位滞后、方位角校正以及拟合残差的结果相对稳定;但是有部分测站的差应变相位滞后偏离较大,从而导致采用两种方法反演的耦合系数差异较大。结合测站周边的构造分布,对可能导致该现象的物理机制进行了探讨。

体外预应力组合连续梁应变差计算方法的研究

采用弹性理论推导了组合连续梁界面的内力计算公式,在此基础上推导了集中荷载以及均布荷载下组合连续梁桥的剪切滑移应变差的计算公式。

基于应变模态曲率差的木梁损伤识别

为了识别木梁截面的残缺,提出基于应变模态曲率差的木梁损伤识别方法。首先,采用ABAQUS建立完好木梁和不同程度损伤木梁的有限元模型并进行模态分析;然后,分别采用应变模态和应变模态曲率差的损伤识别指标对木梁进行损伤定位识别,通过拟合应变模态曲率差与损伤程度的关系式估算木梁的损伤程度;最后,通过木梁试验验证该指标的有效性。结果表明:应变模态损伤识别指标对木梁的截面损伤定位效果较差;应变模态曲率差指标具有较强敏感性,能够准确地识别出木梁损伤位置和程度。

基于应变模态差的管道损伤识别仿真

对具有一定程度损伤的管道,常规的结构有限元分析或实验模态分析得到的位移模态和固有频率难以有效反映管道的损伤状况。为了提高诊断的有效性及可靠性,采用结构损伤前、后的单元应变模态差作为管道损伤定位的识别指标。利用有限元分析软件Ansys对同一单元不同程度损伤、同程度多损伤的管道进行数值模拟分析,提取不同状况下的应变模态分别与正常状况下的应变模态进行差值分析。结果表明,应变模态差的方法能够较好地对管道的单损伤和多损伤位置进行识别。

基于应变模态差和神经网络的管道损伤识别

应变模态差对结构微小损伤具有很高的敏感性且对结构损伤处具有较高的定位识别率,故在工程实际中可以利用其对管道进行损伤识别。然而,应变模态差只能定性地反映结构的损伤程度,并不能直接量化损伤结构的损伤程度,故采用神经网络和应变模态差相结合的方法对损伤管道进行损伤位置和损伤程度的识别。利用有限元分析软件ANSYS进行模态分析提取管道的应变模态参数,并把管道损伤前后的应变模态差作为神经网络的输入参数,以损伤位置和损伤程度作为神经网络的输出参数,对损伤管道分别进行单损伤和双损伤的损伤定位和程度识别。研究结果表明,利用应变模态差和神经网络相结合的方法能够准确识别出管道的损伤位置以及损伤程度。

一种简化的差应变地应力测量技术

差应变分析法是一种理论基础可靠的常用地应力测量方法,然而受测试条件限制以及测试技术难度等因素的影响,目前该方法的实际应用受到了一定限制。针对这一现状,在差应变分析法的理论基础上,以古地磁岩心定向技术为基础,引入岩石波速各向异性分布特征与地应力方向的相关原理,提出了一套简易可行的室内地应力测量新方法,即:主方向差应变分析法。该方法根据岩石波速分布特征确定出水平主应力的方向,依据水平主应力方向来制备差应变实验岩样并进行实验。和常规差应变分析法测量结果相比,该方法测量所得地应力大小的相对误差一般小于3%,地应力方向的误差一般小于5°。实例研究表明,该方法降低了实验技术难度,测量精度满足工程技术要求,具有推广价值。

钻孔差应变仪观测的苏门答腊大地震激发的地球环型自由振荡

我们率先用钻孔应变仪观测资料研究了地球自由振荡．泰安地震台有差应变和体应变两种钻孔应变观测仪器，都观测到2004年12月26日苏门答腊大地震激发的地球自由振荡．体应变仪观测到地球的球型振荡，而差应变仪观测到地球的环型振荡．两种观测还记录到环型振荡与球型振荡相互的耦合作用．观测也记录到明显的一些振型的谱线分裂现象．用直接观测到的高质量的环型振荡资料求解了0T8-0T19等主要振型的Q值．根据两个方向的剪应变观测数据，求解了环型振荡的最大剪应变方向，发现这个方向是相当稳定的．这种研究表明，高精度钻孔应变观测仪是一种理想的地壳形变观测仪器，可以为地球自由振荡研究提供更丰富的信息．

差应变分析法在地应力方向研究中的应用

介绍了地应力测试的差应变分析(DSA)法和古地磁定岩心方位的方法,进行了台105井和台601井的3块DSA试验岩心和17块古地磁岩样的测试。通过差应变分析与古地磁的结合,最终得出两口井的最大主应力方向分别为N117.5°E(台105)和N108.5°E(台601)。最大主应力方向并非铅垂方向,而是与其存在一定的角度。

泰安台钻孔差应变观测的实地标定

结合钻孔差应变仪的工作原理,借助体应变观测资料,提出了利用理论固体潮对泰安台差应变观测进行实地标定的新方法。通过对标定系数和滞后时间的分析认为:元件2、4工作状况比较稳定,观测值差应变2是比较可靠的;元件3的标定系数浮动较大。经过实地标定后,差应变1、2基本上与各自的理论值相一致。由于标定系数随时间变化,所以要针对特定问题的时间段进行实地标定。

基于单元应变模态差和RBF神经网络的网架损伤检测方法

为对网架进行损伤检测提出应用杆单元应变模态差和RBF神经网络相结合的方法。在ANSYS下建立正放四角锥网架和蜂窝形三角锥网架的有限元模型,采用单元应变模态差作为损伤指标对结构进行杆单元的单杆、多杆损伤位置识别;应用RBF神经网络对杆单元损伤程度进行定量判定。分析结果表明该方法可以比较准确地判断网架杆单元的损伤位置和损伤程度,并对实际网架结构的损伤检测具有一定的指导意义。

屯1井差应变分析法地应力测量

介绍了差应变分析法(DSA)原地应力测量技术原理,并采用此法对河南省洛阳—伊川盆地屯1井岩样进行了测试,结果显示该井1153.4～1167.8 m处最大水平主应力为北西向(141°—157°),与钻孔崩落椭圆长轴方位统计得到的最大水平主应力方向一致;最大水平应力数值小于铅直应力,属于正断层应力状态;主应力随深度线性增大。对该区域注采井网布局给出了建议,即本区注采井网布设应避免与141°—157°方向平行。

基于模态应变能曲率差的结构损伤识别方法

针对大型结构局部损伤识别指标灵敏度不高的问题,提出了基于模态应变能曲率差的结构损伤识别方法。利用局部结构的振型和质量矩阵以及固有频率,求出单元模态应变能曲率差,并将该指标应用于损伤识别中。数值算例表明:该指标可以有效地定位损伤,并能定性描述损伤程度,且具有一定的抗噪性能。最后,将该方法应用于某发射台模型损伤识别的试验研究中,实测数据分析验证了该方法的有效性。

M-K模型中凹槽内、外应变速率差对Ti6Al4V合金高温成形极限曲线预测的影响（英文）

研究初始凹槽角对Ti6Al4V合金凹槽内、外应变速率的影响。基于凹槽内、外应变速率的变化,分析应变速率差对凹槽内、外正应力和等效应力演变的影响。研究结果表明,在M-K模型中,当线性加载路径由单向拉伸变化到等双拉伸时,初始槽角对应变速率变化的影响减弱。由于凹槽内、外力平衡的约束,在计算过程中应变速率差使凹槽内的正应力先降低后升高,这使得合金高温下成形极限的预测算法收敛。凹槽内正应力的降低主要由高温软化效应和凹槽旋转引起,而凹槽内正应力的升高主要由应变速率硬化效应引起。

差应变法地应力测量——以汶川地震断裂带科学钻探WFSD-1钻孔为例

岩心差应变分析法是汶川地震断层科学钻探(WFSD)项目地应力测量的主要手段之一,该技术通过高压容器对取之于钻孔不同深度的实验样品施加围压,观察先前由于失去地层应力而膨胀产生的裂纹重新闭合,并通过裂纹闭合过程差应变曲线分析,确定主应力大小和方向。WFSD-1孔12个岩心样品的DSA测试结果表明:断层上下盘的应力状态有明显差异,区域地应力不仅随深度增加,还与地质结构和岩石的物理性质等因素有关。

泰安台YRY-2钻孔应变仪线差应变潮汐参数及其稳定性研究

介绍了泰安地震台YRY 2钻孔应变仪 1 991～ 1 996年观测数据的调和分析结果 .分析了潮汐参数的动态特征及其稳定性 ,并将有关结果与洞体水平线应变仪的(伸缩仪 )观测结果进行了对比分析 .泰安地震台YRY 2钻孔应变仪NS分量M2 波月潮汐因子的离散中误差为 3.3% ,NE分量为 3.6 % ,相位滞后的月离散误差小于2°.该指标与最好的洞室仪器SSY Ⅱ的结果相当 .

基于应变模态差的悬臂梁结构裂纹检测

传统损伤识别方法大多仅限于结构件中单个裂纹的确定,且损伤识别指标无法准确反映早期局部损伤。为此,提出了一种以应变模态差为表征指标的结构表面多裂纹损伤识别方法。首先,依据欧拉-伯努利梁理论,建立了含有多裂纹悬臂梁结构传递矩阵方程,得到含裂纹悬臂梁位移模态振型和应变模态振型;其次,计算损伤前后应变模态差并作为损伤识别指标进行识别。以悬臂梁为例,利用MATLAB分别对单损伤和多损伤等不同工况条件进行了模拟仿真,在此基础上,利用PVDF压电传感器进行了单裂纹和双裂纹悬臂梁损伤识别实验。仿真结果和实验结果表明:应变模态差可以对单裂纹与多裂纹损伤工况进行识别,且识别精度高。

利用应变模态差识别弯管内部损伤

为研究利用应变模态差识别弯管内部损伤的方法,以损伤前、后的应变模态差作为弯管损伤识别的损伤指标对其展开研究。首先,基于位移模态和应变模态的模态叠加特性和正交性推导了应变模态差公式;其次,利用有限元软件ABAQUS建立不同工况的弯管简化模型进行数值模拟。处理分析得到应变模态差曲线,以此判断损伤的存在和位置以及损伤程度。结果表明,通过该损伤指标能很好识别弯管损伤的存在和位置,并能有效地反映其损伤的程度;改变弯管的径厚比和弯曲形式,该指标对弯管损伤识别仍然适用。证明了基于应变模态差的弯管内部损伤识别的可行性。