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基于跨模型模态应变能变化的结构损伤识别两阶段法
1
作者
朱学坤
李翠
+2 位作者
俞记生
张雅儒
伍晓顺
《力学季刊》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期210-221,共12页
为提高结构损伤识别精度,采用跨模型模态应变能变化(Cross-model Modal Strain Energy Changes,CMSEC)代替传统的模态应变能变化(Modal Strain Energy Changes, MSEC)建立先定位后定量的结构损伤识别两阶段法.与传统模态应变能(Modal St...
为提高结构损伤识别精度,采用跨模型模态应变能变化(Cross-model Modal Strain Energy Changes,CMSEC)代替传统的模态应变能变化(Modal Strain Energy Changes, MSEC)建立先定位后定量的结构损伤识别两阶段法.与传统模态应变能(Modal Strain Energy, MSE)计算时仅利用结构损伤后的振型不同,跨模型模态应变能(CMSE)的计算同时利用结构损伤前后的振型.先利用CMSEC构建CMSECI (Cross-model Modal Strain Energy Index)损伤指标来确定损伤位置,筛选出疑似损伤构件后,再利用CMSEC建立定量识别损伤程度的灵敏度方程.采用基于奇异值截断的迭代法求解该方程,以避免迭代过程中可能出现的病态方程问题.根据公式构成可以定性判断CMSEC比MSEC更难被噪声干扰.某简支梁算例表明,本文方法在损伤定位和损伤定量两个阶段均比传统方法具有更高的识别精度.为了深入考察本文方法的优越性,采用蒙特卡洛法从宏观的相对误差上界和具体的相对误差分布这两个视角解释了本文方法优于传统方法的原因.
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关键词
损伤
识别
模态应变能
模态识别
结构健康监测
损伤灵敏度
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职称材料
结构多损伤状况检测的灵敏度分析
2
作者
王建民
陈龙珠
《结构工程师》
2003年第z1期351-354,共4页
基于矩阵摄动理论中特征值的挠动分析,针对结构损伤检测问题,利用结构的原始模态信息和损伤前后频率变化率对结构的损伤进行了综合评估分析,提出了可用于检测结构内可能出现的多损伤情况的灵敏度分析方法.数值算例分析表明:该方法分析...
基于矩阵摄动理论中特征值的挠动分析,针对结构损伤检测问题,利用结构的原始模态信息和损伤前后频率变化率对结构的损伤进行了综合评估分析,提出了可用于检测结构内可能出现的多损伤情况的灵敏度分析方法.数值算例分析表明:该方法分析结果准确、可靠,尤其对于结构中潜在的微损伤、多损伤,具有较高的准确性.
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关键词
损伤
检测
多
损伤
灵敏度
模态分析
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职称材料
基于损伤可识别性的传感器优化布置方法
被引量:
16
3
作者
孙小猛
冯新
周晶
《大连理工大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2010年第2期264-270,共7页
为了满足结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置方法.考虑损伤导致的结构响应变化,由结构运动方程推导出了结构响应与振型和损伤灵敏度之间的解析关系式.根据Fisher信息熵...
为了满足结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置方法.考虑损伤导致的结构响应变化,由结构运动方程推导出了结构响应与振型和损伤灵敏度之间的解析关系式.根据Fisher信息熵原理,建立了同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的目标函数.利用奇异值分解技术,发展了以Fisher信息矩阵最大和条件数最小为准则的迭代算法.算例分析表明,所提方法有效地克服了基于模态可观测性和基于损伤可识别性的传感器优化布置结果存在的差异,利用其优化结果进行的损伤识别比单一目标的结果具有更高的精度.
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关键词
模态可观测性
损伤
可识别性
损伤灵敏度
传感器优化布置
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职称材料
航空结构中Lamb波小损伤监测能力研究
被引量:
3
4
作者
邢博邯
蔡建
+3 位作者
周智权
汪懿
张杨
吴俊鹏
《航空科学技术》
2021年第3期40-48,共9页
针对航空结构中的Lamb波小损伤监测能力,首先从损伤灵敏度和信号幅值两个方面进行了理论分析,然后基于ABAQUS软件开展了大面积铝板结构中压电-Lamb波的三维传播仿真,分别研究了各频率下Lamb波A0模式和S0模式对板中孔洞和裂纹小损伤的监...
针对航空结构中的Lamb波小损伤监测能力,首先从损伤灵敏度和信号幅值两个方面进行了理论分析,然后基于ABAQUS软件开展了大面积铝板结构中压电-Lamb波的三维传播仿真,分别研究了各频率下Lamb波A0模式和S0模式对板中孔洞和裂纹小损伤的监测能力,最后实施了孔洞小损伤成像验证试验。研究结果表明,相比于低频(50~200kHz)的A0模式,3mm厚铝板结构中频率较高(300~500kHz)的S0模式具有更强的小损伤监测能力,可在类似航空铝板结构的Lamb波小损伤监测中优先选择使用。
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关键词
小
损伤
LAMB波
监测能力
损伤灵敏度
波场仿真
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职称材料
结构损伤识别的二次反馈岭估计法
5
作者
李翠
朱学坤
+1 位作者
俞记生
伍晓顺
《机械强度》
CAS
2024年第4期932-938,共7页
为了克服灵敏度方程的病态最小二乘问题,提出一种基于模态柔度变化的结构损伤识别二次反馈岭估计法。采用模态特征值和振型来组集模态柔度矩阵,建立由模态柔度变化求解单元损伤系数的损伤识别线性方程组。在损伤定位阶段,先分别利用非...
为了克服灵敏度方程的病态最小二乘问题,提出一种基于模态柔度变化的结构损伤识别二次反馈岭估计法。采用模态特征值和振型来组集模态柔度矩阵,建立由模态柔度变化求解单元损伤系数的损伤识别线性方程组。在损伤定位阶段,先分别利用非负最小二乘法和反馈岭估计法来初步评估损伤位置。由于这两种方法的损伤定位结果常受到不同未损单元的干扰,所以通过对它们的计算结果取交集来综合确定疑似损伤单元。在损伤定量阶段,将正则化矩阵中对应疑似损伤单元的对角元素缩小,同时将对应其余单元的对角元素放大,进行二次反馈岭估计以最终完成损伤定量识别。某简支梁数值分析表明,相比非负最小二乘法和反馈岭估计法,所提方法具有更强的抗噪鲁棒性。无论是损伤定位还是损伤定量,均具有更加可靠的识别精度。
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关键词
损伤
识别
模态柔度
模态识别
结构健康监测
损伤灵敏度
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职称材料
软基水闸底板脱空反演中的传感器优化布置方法
6
作者
李火坤
方静
+3 位作者
黄伟
万子豪
涂源
刘双平
《水利水电科技进展》
CSCD
北大核心
2022年第5期45-51,共7页
为更好地使软基水闸底板脱空检测传感器系统达到监测成本和监测性能指标之间的最佳平衡,同时为解决传统的有效独立法和损伤灵敏度法不能兼顾模态线性独立和损伤敏感性的问题,提出了一种结合有效独立法和损伤灵敏度法的多目标传感器优化...
为更好地使软基水闸底板脱空检测传感器系统达到监测成本和监测性能指标之间的最佳平衡,同时为解决传统的有效独立法和损伤灵敏度法不能兼顾模态线性独立和损伤敏感性的问题,提出了一种结合有效独立法和损伤灵敏度法的多目标传感器优化布置方法。为解决模态数据冗余问题引入节点相似度函数,从动力学上探究水闸底板脱空对模态参数的影响,认为模态柔度为软基水闸底板脱空敏感特征量。以Fisher信息矩阵2-范数最大为目标,采用MAC矩阵非对角元最大值为评价指标,实现测点优化布置,并将测点优化结果应用于水闸底板脱空反演。结果表明:传感器优化布置后的水闸底板脱空参数识别值相对误差的平均值分别从28.3%、15.8%、39.3%降低至1%、1.9%、15.9%,验证了该方法的可靠性。
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关键词
软基水闸
底板脱空
传感器优化布置
有效独立法
损伤灵敏度
法
模态柔度
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职称材料
结构多位置裂缝识别的有限元方法
被引量:
4
7
作者
林缨
李学平
《南京师大学报(自然科学版)》
CAS
CSCD
北大核心
2012年第1期39-45,共7页
由振动系统动力方程的有限元表达形式,推导出结构损伤和模态参数间的联系,建立基于有限元的结构多位置裂缝的识别方法.本方法通过损伤灵敏度矩阵,识别结构裂缝所在的单元位置并确定裂缝的深度,计算简便.作者通过数值计算,验证了此方法...
由振动系统动力方程的有限元表达形式,推导出结构损伤和模态参数间的联系,建立基于有限元的结构多位置裂缝的识别方法.本方法通过损伤灵敏度矩阵,识别结构裂缝所在的单元位置并确定裂缝的深度,计算简便.作者通过数值计算,验证了此方法的有效性.从算例结果可以看出,将结构单元适当细分,可以提高裂缝识别的精度.
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关键词
损伤灵敏度
矩阵
结构裂缝单元识别
结构裂缝深度算式
有限元列式
模态参数
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职称材料
两向正交正放网架结构传感器布置研究
8
作者
王欢
张丽梅
+1 位作者
刘卫然
夏昌浩
《河北工业科技》
CAS
2016年第1期68-72,共5页
为了找到两向正交正放网架结构传感器的布置方法,针对模态可观测性与损伤可识别性传感器布置结果不一致的特点,由结构运动方程出发,考虑结构响应与振型和损伤灵敏度之间的关系,根据Fisher信息熵原理,建立同时包含模态振型和损伤灵敏度...
为了找到两向正交正放网架结构传感器的布置方法,针对模态可观测性与损伤可识别性传感器布置结果不一致的特点,由结构运动方程出发,考虑结构响应与振型和损伤灵敏度之间的关系,根据Fisher信息熵原理,建立同时包含模态振型和损伤灵敏度信息的Fisher信息矩阵,确立以Fisher信息矩阵2-范数最大化为准则的目标优化算法,构建了目标函数NC值,在完好、单损伤和多损伤情况下,通过该方法获得该结构的传感器布置方案。
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关键词
传感器
两向正交正放网架
损伤灵敏度
Fisher信息矩阵
传感器布置
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职称材料
题名
基于跨模型模态应变能变化的结构损伤识别两阶段法
1
作者
朱学坤
李翠
俞记生
张雅儒
伍晓顺
机构
江西交通职业技术学院路桥工程学院
江西交通职业技术学院信息工程学院
中交长江咨询集团有限公司
江西理工大学土木与测绘工程学院(南昌)
出处
《力学季刊》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期210-221,共12页
基金
国家自然科学基金(51868026)
江西省自然科学基金(20202BAB204028)
+1 种基金
江西省教育厅科技重点课题(GJJ214601)
江西省交通运输厅科技课题(2022H0021,2023H0039)。
文摘
为提高结构损伤识别精度,采用跨模型模态应变能变化(Cross-model Modal Strain Energy Changes,CMSEC)代替传统的模态应变能变化(Modal Strain Energy Changes, MSEC)建立先定位后定量的结构损伤识别两阶段法.与传统模态应变能(Modal Strain Energy, MSE)计算时仅利用结构损伤后的振型不同,跨模型模态应变能(CMSE)的计算同时利用结构损伤前后的振型.先利用CMSEC构建CMSECI (Cross-model Modal Strain Energy Index)损伤指标来确定损伤位置,筛选出疑似损伤构件后,再利用CMSEC建立定量识别损伤程度的灵敏度方程.采用基于奇异值截断的迭代法求解该方程,以避免迭代过程中可能出现的病态方程问题.根据公式构成可以定性判断CMSEC比MSEC更难被噪声干扰.某简支梁算例表明,本文方法在损伤定位和损伤定量两个阶段均比传统方法具有更高的识别精度.为了深入考察本文方法的优越性,采用蒙特卡洛法从宏观的相对误差上界和具体的相对误差分布这两个视角解释了本文方法优于传统方法的原因.
关键词
损伤
识别
模态应变能
模态识别
结构健康监测
损伤灵敏度
Keywords
damage detection
modal strain energy
structural health monitoring
mode shape expansion
damage sensitivity
分类号
TU311 [建筑科学—结构工程]
O327 [理学—一般力学与力学基础]
O329 [理学—一般力学与力学基础]
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职称材料
题名
结构多损伤状况检测的灵敏度分析
2
作者
王建民
陈龙珠
出处
《结构工程师》
2003年第z1期351-354,共4页
文摘
基于矩阵摄动理论中特征值的挠动分析,针对结构损伤检测问题,利用结构的原始模态信息和损伤前后频率变化率对结构的损伤进行了综合评估分析,提出了可用于检测结构内可能出现的多损伤情况的灵敏度分析方法.数值算例分析表明:该方法分析结果准确、可靠,尤其对于结构中潜在的微损伤、多损伤,具有较高的准确性.
关键词
损伤
检测
多
损伤
灵敏度
模态分析
分类号
TU3 [建筑科学—结构工程]
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职称材料
题名
基于损伤可识别性的传感器优化布置方法
被引量:
16
3
作者
孙小猛
冯新
周晶
机构
大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室
出处
《大连理工大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2010年第2期264-270,共7页
基金
国家自然科学基金资助项目(重点项目50439010)
教育部科学技术研究重大资助项目(305003)
文摘
为了满足结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置方法.考虑损伤导致的结构响应变化,由结构运动方程推导出了结构响应与振型和损伤灵敏度之间的解析关系式.根据Fisher信息熵原理,建立了同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的目标函数.利用奇异值分解技术,发展了以Fisher信息矩阵最大和条件数最小为准则的迭代算法.算例分析表明,所提方法有效地克服了基于模态可观测性和基于损伤可识别性的传感器优化布置结果存在的差异,利用其优化结果进行的损伤识别比单一目标的结果具有更高的精度.
关键词
模态可观测性
损伤
可识别性
损伤灵敏度
传感器优化布置
Keywords
modal observability
damage identifiability
damage sensitivity
optimum sensor placement
分类号
O346.5 [理学—固体力学]
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职称材料
题名
航空结构中Lamb波小损伤监测能力研究
被引量:
3
4
作者
邢博邯
蔡建
周智权
汪懿
张杨
吴俊鹏
机构
南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室
出处
《航空科学技术》
2021年第3期40-48,共9页
基金
国家自然科学基金(51605223)
航空科学基金(2017ZD52039)
江苏高校优势学科建设工程资助项目。
文摘
针对航空结构中的Lamb波小损伤监测能力,首先从损伤灵敏度和信号幅值两个方面进行了理论分析,然后基于ABAQUS软件开展了大面积铝板结构中压电-Lamb波的三维传播仿真,分别研究了各频率下Lamb波A0模式和S0模式对板中孔洞和裂纹小损伤的监测能力,最后实施了孔洞小损伤成像验证试验。研究结果表明,相比于低频(50~200kHz)的A0模式,3mm厚铝板结构中频率较高(300~500kHz)的S0模式具有更强的小损伤监测能力,可在类似航空铝板结构的Lamb波小损伤监测中优先选择使用。
关键词
小
损伤
LAMB波
监测能力
损伤灵敏度
波场仿真
Keywords
small damage
Lamb waves
monitoring ability
damage sensitivity
wave field simulation
分类号
TB55 [理学—声学]
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职称材料
题名
结构损伤识别的二次反馈岭估计法
5
作者
李翠
朱学坤
俞记生
伍晓顺
机构
江西交通职业技术学院信息工程学院
出处
《机械强度》
CAS
2024年第4期932-938,共7页
基金
国家自然科学基金项目(51868026)
江西省自然科学基金项目(20202BAB204028)
江西省交通运输厅科技项目(2023H0039)资助。
文摘
为了克服灵敏度方程的病态最小二乘问题,提出一种基于模态柔度变化的结构损伤识别二次反馈岭估计法。采用模态特征值和振型来组集模态柔度矩阵,建立由模态柔度变化求解单元损伤系数的损伤识别线性方程组。在损伤定位阶段,先分别利用非负最小二乘法和反馈岭估计法来初步评估损伤位置。由于这两种方法的损伤定位结果常受到不同未损单元的干扰,所以通过对它们的计算结果取交集来综合确定疑似损伤单元。在损伤定量阶段,将正则化矩阵中对应疑似损伤单元的对角元素缩小,同时将对应其余单元的对角元素放大,进行二次反馈岭估计以最终完成损伤定量识别。某简支梁数值分析表明,相比非负最小二乘法和反馈岭估计法,所提方法具有更强的抗噪鲁棒性。无论是损伤定位还是损伤定量,均具有更加可靠的识别精度。
关键词
损伤
识别
模态柔度
模态识别
结构健康监测
损伤灵敏度
Keywords
Damage detection
Modal flexibility
Modal identification
Structural health monitoring
Damage sensitivity
分类号
TU311 [建筑科学—结构工程]
O327 [理学—一般力学与力学基础]
O329 [理学—一般力学与力学基础]
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职称材料
题名
软基水闸底板脱空反演中的传感器优化布置方法
6
作者
李火坤
方静
黄伟
万子豪
涂源
刘双平
机构
南昌大学工程建设学院
出处
《水利水电科技进展》
CSCD
北大核心
2022年第5期45-51,共7页
基金
国家自然科学基金(52079061,51879126,51909115)
江西省自然科学基金(20192BAB216038)
+1 种基金
江西省水利厅科技项目(202123YBKT04)
江西省研究生创新专项(YC2021-S052)。
文摘
为更好地使软基水闸底板脱空检测传感器系统达到监测成本和监测性能指标之间的最佳平衡,同时为解决传统的有效独立法和损伤灵敏度法不能兼顾模态线性独立和损伤敏感性的问题,提出了一种结合有效独立法和损伤灵敏度法的多目标传感器优化布置方法。为解决模态数据冗余问题引入节点相似度函数,从动力学上探究水闸底板脱空对模态参数的影响,认为模态柔度为软基水闸底板脱空敏感特征量。以Fisher信息矩阵2-范数最大为目标,采用MAC矩阵非对角元最大值为评价指标,实现测点优化布置,并将测点优化结果应用于水闸底板脱空反演。结果表明:传感器优化布置后的水闸底板脱空参数识别值相对误差的平均值分别从28.3%、15.8%、39.3%降低至1%、1.9%、15.9%,验证了该方法的可靠性。
关键词
软基水闸
底板脱空
传感器优化布置
有效独立法
损伤灵敏度
法
模态柔度
Keywords
sluice on soft foundation
floor voiding
optimal sensor arrangement
effective independence method
damage sensitivity method
modal flexibility
分类号
TV662 [水利工程—水利水电工程]
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职称材料
题名
结构多位置裂缝识别的有限元方法
被引量:
4
7
作者
林缨
李学平
机构
中南大学土木工程学院
出处
《南京师大学报(自然科学版)》
CAS
CSCD
北大核心
2012年第1期39-45,共7页
文摘
由振动系统动力方程的有限元表达形式,推导出结构损伤和模态参数间的联系,建立基于有限元的结构多位置裂缝的识别方法.本方法通过损伤灵敏度矩阵,识别结构裂缝所在的单元位置并确定裂缝的深度,计算简便.作者通过数值计算,验证了此方法的有效性.从算例结果可以看出,将结构单元适当细分,可以提高裂缝识别的精度.
关键词
损伤灵敏度
矩阵
结构裂缝单元识别
结构裂缝深度算式
有限元列式
模态参数
Keywords
damage sensitivity matrix
identification of structural crack element
formula of structural crack depth
finite element formulation
modal parameter
分类号
TU323.3 [建筑科学—结构工程]
O322 [理学—一般力学与力学基础]
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职称材料
题名
两向正交正放网架结构传感器布置研究
8
作者
王欢
张丽梅
刘卫然
夏昌浩
机构
河北科技大学建筑工程学院
出处
《河北工业科技》
CAS
2016年第1期68-72,共5页
基金
河北省自然科学基金(E2014208135)
文摘
为了找到两向正交正放网架结构传感器的布置方法,针对模态可观测性与损伤可识别性传感器布置结果不一致的特点,由结构运动方程出发,考虑结构响应与振型和损伤灵敏度之间的关系,根据Fisher信息熵原理,建立同时包含模态振型和损伤灵敏度信息的Fisher信息矩阵,确立以Fisher信息矩阵2-范数最大化为准则的目标优化算法,构建了目标函数NC值,在完好、单损伤和多损伤情况下,通过该方法获得该结构的传感器布置方案。
关键词
传感器
两向正交正放网架
损伤灵敏度
Fisher信息矩阵
传感器布置
Keywords
sensor
two orthogonal spatial truss
damage sensitivity
Fisher information matrix
sensor placement
分类号
TU356 [建筑科学—结构工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于跨模型模态应变能变化的结构损伤识别两阶段法
朱学坤
李翠
俞记生
张雅儒
伍晓顺
《力学季刊》
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
2
结构多损伤状况检测的灵敏度分析
王建民
陈龙珠
《结构工程师》
2003
0
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职称材料
3
基于损伤可识别性的传感器优化布置方法
孙小猛
冯新
周晶
《大连理工大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2010
16
下载PDF
职称材料
4
航空结构中Lamb波小损伤监测能力研究
邢博邯
蔡建
周智权
汪懿
张杨
吴俊鹏
《航空科学技术》
2021
3
下载PDF
职称材料
5
结构损伤识别的二次反馈岭估计法
李翠
朱学坤
俞记生
伍晓顺
《机械强度》
CAS
2024
下载PDF
职称材料
6
软基水闸底板脱空反演中的传感器优化布置方法
李火坤
方静
黄伟
万子豪
涂源
刘双平
《水利水电科技进展》
CSCD
北大核心
2022
0
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职称材料
7
结构多位置裂缝识别的有限元方法
林缨
李学平
《南京师大学报(自然科学版)》
CAS
CSCD
北大核心
2012
4
下载PDF
职称材料
8
两向正交正放网架结构传感器布置研究
王欢
张丽梅
刘卫然
夏昌浩
《河北工业科技》
CAS
2016
0
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职称材料
已选择
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