轻钢结构工业厂房风灾损伤估计与预测

中国是台风频发国家,在台风登陆前对城市各类结构可能发生的损伤程度进行快速预测,对于评价城市防灾减灾能力和灾后应急反应工作能够提供重要依据。针对中国东南沿海城市风灾易损结构之一的轻钢结构工业厂房进行了风灾损伤估计的研究。首先对结构风灾受损原因进行了详细的分析,根据结构破坏特点确定围护构件及连接部位的可靠性为分析重点。台风荷载模型的建立考虑了外风压、风致内压和风致碎片的共同作用。结合规范给出了构件承载力的计算方法,详述了损伤估计的整个流程,划分了厂房结构损伤等级并给出了详细的指标,最后利用0601号台风珍珠实测数据实现了对所建模型损伤估计与预测的全过程。

一种大型、复杂结构的结构损伤估计方法

从工程应用的观点 ,提出了一种结构损伤估计方法。首先 ,构造一种能建立测量模态参数与损伤子结构之间关系的子结构综合法。对于完好子结构 ,在用广义坐标进行测量模态振型的扩阶过程中 ,这种子结构综合步骤能减少未知参数个数。基于上述思路 ,导出一套损伤辨识方程。然后 ,引进两步损伤辨识近似法 :第一步采用损伤定位算法的改进形式 ,辨识结构损伤的一般区域 ;第二步是用一种结合灵敏度法和矩阵修正法的混合方法确定结构损伤的程度。仿真算例显示 ,即使在大的噪声环境下 。

基于GSOP的正交不平衡损伤估计算法研究

为实现高速光通信系统高效低成本测试的目标,基于施密特正交化过程(GSOP,Gram-Schmidt orthogonalizationprocedure),提出了一种适用于偏振复用—多进制正交幅度调制(PDM-MQAM)相干光通信系统的正交不平衡损伤估计(IQ-ImEstimation, IQ imbalance estimation)算法。根据同相信号和正交信号两路信号功率关系及相关性,设计幅度失配估计和相位失配估计2种方案。通过对34GBaudPDM-MQAM相干光通信系统进行仿真与实验,验证了IQ-ImEstimation算法的正确性和有效性。

基于人工神经网络的光纤智能材料与结构的损伤估计

以光纤智能材料与结构中的损伤估计为目的，根据光纤阵列传感信号处理的需要探索了人工神经网络处理信号的原理与结构，给出了ＢＰ网与Ｋｏｈｏｎｅｎ网的仿真结果。

基于递归量化观测的复合材料损伤贝叶斯估计方法

针对复合材料损伤定位定量识别中损伤指数构建困难与损伤预测的不确定性问题,提出一种基于递归量化特征观测的损伤状态贝叶斯概率估计方法。该方法无需基准无损信号参考与损伤波包识别,采用Lamb波信号的递归量化分析(RQA)特征,从结构非线性动力学角度对复材板内部损伤进行观测,根据特征与损伤位置大小的相关性与单调性进行了敏感特征筛选。根据各传感路径信号的RQA特征与损伤形态参量间的线性/非线性关联特性,采用多变量二次交互模型建立了损伤状态的特征描述空间。综合考虑各传感路径中RQA特征对损伤观测的不确定因素,建立了复材板损伤状态的观测模型,采用贝叶斯更新算法对复材板损伤位置尺寸进行估计。复材板的脱层损伤仿真分析结果表明,本文提出方法无需分析结构损伤与Lamb波的复杂交互机制,就能同步实现复材板内部损伤的量化评估与定位分析,估计出的损伤位置大小在仿真模型的损伤参数设定值的75%置信区间内,损伤估计成像区域与仿真损伤区域相符合。复合材料板的疲劳损伤试验分析结果表明,采用本文方法经过24次迭代更新后,得到的损伤面积与大小完全覆盖了X射线扫描检测的真实损伤。该方法充分考虑了复材板损伤评估中的不确定因素,更加贴合复合材料结构损伤检测与评估的工程实际应用,具有较好的应用前景。

用模态参数估计剪切型建筑的损伤

提出了一种利用不完整模态多数估计结构损伤的方法。不完整模态体现在模态数少于自由度数，测点数少于自由度数。通过不完整模态参数建立了完整的剪切型模型，然后利用结构变化后产生的广义残余力来估计结构的损伤。该方法的优点：（１）不仅可以估计刚度损伤还可以估计质量的变＊化；（２）利用的是不完整模态。最后用该方法对一个结构模型的振动台试验的结果做了分析。

冲击工况下行星齿轮系统点蚀故障评估方法

行星齿轮系统作为工业减速机的关键结构,在运转过程中受到循环载荷和冲击载荷的作用,易使齿轮表面金属疲劳剥落,形成点蚀故障。当系统受到冲击载荷作用时,振动信号的剧烈波动会干扰系统的故障识别。针对该问题,基于冲击工况下含点蚀故障的行星齿轮系统动态特性分析,开发了诊断指标。首先,基于解析几何方法及Hertz接触理论建立了齿轮副接触刚度模型;其次,引入冲击载荷,利用冲击函数法求解了太阳轮-行星轮啮合力;最后,基于系统动态响应信号的频谱分布规律,提出了边带质心能量指标,实现了故障冲击与载荷冲击的准确辨识。

不同侧应力状态下混凝土循环加卸载损伤特性

采用大型多功能液压伺服静动力三轴仪对不同单向恒定侧压下的混凝土进行应变速率为10-4s-1的等应变增量循环加卸载试验,恒定侧压为单轴静态抗压强度的0%,5%,10%。研究了不同侧应力水平下应力-应变全曲线中滞回环的变化规律,分析滞回环与耗散能的关系,并构建损伤估计模型,最后基于耗散能统计,研究混凝土的损伤特性。得出主要结论如下:(1)全曲线中滞回环在卸载初始阶段应力下降较快而变形恢复很慢,但随着应力的逐渐下降,应变恢复才开始加快;(2)在循环次数相同时,耗散能随着侧应力的增加而增加,且增加幅度明显,表明单位耗散能具有明显的侧应力敏感性;(3)建立的双参数损伤估计模型,能够很好地拟合循环加卸载损伤与累积残余应变的关系;(4)随着侧压比的提高,混凝土损伤发展速度逐渐减慢,损伤累积的路径大幅延长。

结构地震损伤后的抗震能力评估与试验

根据参数识别方法 ,通过模型的地震模拟振动台试验 ,研究了钢筋混凝土结构地震损伤后的抗震能力评定问题。提出基于参数识别方法的损伤结构层间刚度及剩余强度计算方法 ;根据损伤力学理论建立损伤结构层间恢复力模型 ;提出损伤结构抗震能力估计方法。并通过模型振动台的主余震试验验证该方法的可行性 。

加速运输试验中非高斯振动响应疲劳损伤等效

考虑非高斯随机振动响应对加速运输环境试验精度的影响,是装备环境工程研究领域的新课题。通过分析2例典型的加速运输试验实测数据,确认了超高斯随机振动响应的客观存在,引入非高斯随机振动疲劳损伤估计的等效因子方法,对基于LTI系统高斯随机振动理论设计的原试验设计进行了疲劳损伤等效修正,结果表明:在不改变控制方式和控制谱的情况下,试验时间应该由原始设计的50 min和45 min修正为21.1 min和20.2 min。

钢筋混凝土腐蚀损伤超声导波信号小波分析及评价

本文针对钢筋混凝土中的腐蚀损伤,应用电化学方法对钢筋混凝土小梁进行不同程度的加速腐蚀试验,并对其分别进行超声导波测试,经过首波能量分析,得出腐蚀前后信号能量变化。又分别对原始信号进行小波包分析,得到各腐蚀阶段的小波包能量谱,通过各频段信号的能量分布的变化来诊断结构的损伤程度。用小波包分析得出信号的时频曲线,以及各个损伤阶段的波形特征,损伤类别,和频率分布。

机敏材料与结构中的准分布式光纤传感阵列

介绍适用于机敏材料与结构中状态监测和损伤估计的三种简单的强度调制型准分布式光纤传感阵列，并比较其各自的优缺点。

一种改进的特征匹配算法在碎片云测量建模中的应用

为满足超高速撞击典型Whipple防护构型的损伤评估需求,利用图像处理技术对碎片云序列阴影图像进行深入研究。使用超高速序列激光阴影成像仪得到三组不同实验条件下碎片云发展过程的高清阴影图像,分别对每组最具代表性的2帧进行图像处理分析;根据碎片云图像特点以及碎片运动特性,提出了一种改进的碎片二次特征匹配算法,该方法包含碎片粗定位、特征定义及初匹配和精确匹配三步策略;通过运用改进的匹配算法,对选取的相邻两帧图片完成碎片高效匹配,并提取匹配碎片的运动参数,进而分析碎片的速度分布和飞行角度分布,获取二次碎片云相关运动特性;得到三组实验各自的轨迹模拟图。根据得到的轨迹分析结果分别对三组实验的后板损伤进行估计,并通过与防护构型的实际损伤结果进行比较,验证了该方法的有效性。

5 MW风电机组载荷分析与独立变桨控制优化

随着风电机组不断大型化,机组运行时所受载荷造成的疲劳损伤已不容忽视,降载控制也逐渐成为风电控制中的研究热点。首先根据IEC风力机认证标准,采用5 MW风电机组进行运行仿真,分析了机组在半波阵风及湍流风况下各关键承载部件的载荷分布规律。然后基于材料疲劳寿命估计理论,建立一种短期载荷疲劳损伤评估与计算方法,并以一段叶根短期载荷时间历程数据为例计算了短期等效疲劳损伤。最后根据载荷分析的结论,针对基于坐标变换的独立变桨控制进行了降载策略优化与控制器参数优化,并对控制结果进行了疲劳损伤评价与对比。仿真结果表明,优化后的控制器显著提升了机组在大范围波动的风况下的载荷优化效果,有效地降低了叶根疲劳损伤。

基于频域方法的制动夹钳振动疲劳失效预测

针对轨道交通车辆制动夹钳单元在随机振动工况下的疲劳分析提出频域方法。利用模态分析和随机响应分析,获得关键位置的应力响应功率谱密度曲线,通过Rayleigh模型、Dirlik模型和Steinberg的“三区间”模型,分别计算应力幅值概率密度以及疲劳累积损伤,并通过加速失效试验对3种模型的预测结果进行对比。结果表明:该频域分析方法能够对制动夹钳的结构疲劳失效过程提供合理预测,相比Rayleigh模型、Dirlik模型和“三区间”模型的分析准确性更高。

Novel Fiberoptic Sensing Array and Fundamental Experiments

ＮｏｖｅｌＦｉｂｅｒｏｐｔｉｃＳｅｎｓｉｎｇＡｒｒａｙａｎｄＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓＴＵＹａｑｉｎｇ（ＬｏｇｉｓｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ６３００４２，ＣＨＮ）ＨＵＡＮＧＳｈａｎｇｌｉ...

台风致碎片运动及其对围护结构冲击破坏分析

从国内外历次风灾调查统计数据可以看出,风致碎片是城市建筑围护结构遭受破坏的主要原因之一。风致碎片致使围护构件破坏的问题可以归结为3个部分:风致碎片危险性分析、碎片运动轨迹问题和围护构件抗冲击承载力分析。该文根据建筑周围环境及密集程度对碎片源环境进行了分类,建立了计算碎片分布的方法。根据碎片空气动力特性不同,对两大类碎片进行了分析。数值求解了板状碎片在空中飞行轨迹方程,并与文献实验值和数值解进行了比较,结果比较吻合。考虑风攻角产生竖向风荷载的影响,在文献方法基础上对球状碎片运动轨迹方程进行了改进,得到更为符合实际台风情况的结果。分析了围护构件抗冲击承载力,细致阐述了风致碎片导致围护构件损伤分析方法的步骤。最后利用台风珍珠实测风速、风向角和风攻角时程数据作为输入荷载,实现了某工业建筑玻璃外窗的风致碎片损伤估计,得到较好的结果。该文方法可应用于建筑风灾中风致碎片危险性评估。