有效独立法在敞车侧墙模态中的应用研究

为了更精确地获取有限元模态仿真结果,研究中通常会对工程装备进行试验模态识别,而试验时传感器如何布设是关键一步。首先以某型敞车作为研究对象,根据有无质量点代替车门建立两种有限元模型,并在ANSYS中通过Lanczos法完成模态仿真计算;然后基于有效独立法获取传感器布设的位置,采用西门子多功能数据采集系统、通过PolyMAX模态参数识别法完成了试验模态测试,并将试验测试结果与仿真计算结果进行对比。结果表明两种模型的误差均符合工程要求,且设置质量点时吻合度表现更好,说明利用有效独立法获取模态试验时传感器布设方案是一种较为可行的方法。

基于两步有效配置法的传感器优化布置

近年来,世界各国都在积极开展对结构进行健康监测的研究,提出了许多种传感器优化配置方法,但在传感器数量优化上考虑得比较少。为解决传感器数量优化的问题,本文提出一种同时考虑数量和位置优化的传感器布置算法——基于两步有效配置法的传感器优化布置方法。该法首先通过弹性波传播原理确定特定结构的传感器布置极限间距并初步确定检测所需传感器数量,然后采用有效独立-驱动点残差法并将传感器布置极限间距作为该法的一个约束条件对传感器进行优化布置。针对特定检测系统,以桥梁结构Benchmark模型为例,验证了上述传感器两步优化配置法的有效性。计算表明,该法能有效地解决传感器优化配置问题。

三种传感器布点优化算法在系杆拱桥中的对比分析

对三种不同的传感器优化布点算法在系杆拱桥中的应用进行对比分析,研究不同算法的侧重点及优化效果。首先对三种优化方法的原理进行分析,然后以一大跨系杆拱桥为背景,研究桥面在三种方法下加速度传感器测点布设的差异,并采用四种评估准则对传感器布置的优化效果进行对比分析,最后采用无量纲化技术将四种评估准则转化为综合评价体系。分析结果表明:不同的优化算法对优化效果的影响较大,在进行传感器的优化布设时,必须对不同的优化算法进行对比,以选取最优算法。

高层建筑结构测点优化布置方法的研究

对高层建筑结构测点优化布置方法进行了研究,综合采用有效独立法和遗传算法进行了测点的优化布置。首先,采用有效独立法进行测点初步筛选,得到候选测点群;其次,利用遗传算法以基于振型相似度的适应度函数进行测点方案确定,并通过实际某高层结构模态测试的测点优化实例说明了具体的方法;然后,将方法得出的计算结果与单独利用有效独立法的计算结果进行对比,并对不同测点数的布点方案进行计算,结果表明:算法能在较少的遗传代数内得到优良的测点布置结果,有效的提高了优化布置测点的效率。

基于Timoshenko梁理论的回传射线矩阵法在传感器优化布置中的应用研究

由于结构存在阻尼现象,弹性波在传播过程中信号强度必然会随传播距离而衰减。据此提出弹性波极限传播距离与传感器极限布置间距概念,考虑到在高频率处剪切变形引起的转动惯量对结构动力特性的影响比较大,基于Timoshenko梁理论,结合经典回传射线矩阵法,提出使用局部散射矩阵确定结构损伤检测中的传感器布置极限间距,并将其应用到传感器优化算法中。针对指定检测系统,以桥梁结构Benchmark模型为例,验证算法的有效性。

损伤检测中的传感器优化布置方法研究

探讨了2种基于数据信息最大化准则的传统传感器优化布置方法:基于Fisher信息阵行列式值最大的有效独立法(EFI)和基于模态应变能最大的运动能量法(KEM)。针对它们的不足提出一种新的传感器优化布置方法——有效独立-驱动点残差法(EFI-DPR)。运用均方差最小准则、抗噪性能最好准则和模态保证准则来评价各种优化布置方法的优劣。数值分析表明:有效独立-驱动点残差法是3种优化方法中最好的方法。

结构健康监测中传感器优化设置方法研究

首先探讨了3种基于数据信息最大化准则的传统传感器优化布置方法,即有效独立法、有效独立驱动点-残差法及运动能法.其中前2种基于Fisher信息阵最大化,而第3种基于运动能最大化.然后运用结构振动模态和三样条插值模态之间的均方差最小和抗噪性能最好,这两种比较准则来确定最优的传感器设置方法.数值分析表明:这3种传感器优化布置法都是有效的,而有效独立-驱动点残差法的效果最好.

大型结构测点优化与配置

对于大型结构测点的优化配置,一般传统的优化算法失效,针对传统优化算法的缺点,对大型结构的模型缩聚做了进一步的完善,并且引入一个反映高阶模态贡献比例的权重系数。由此提出一种基于有效独立法的混合优化算法。该算法不仅引入了对测量点选择有影响的模态动能系数,有效防止测点分布聚集现象,而且最大可能保证所有模态动能的贡献和较优布置测点具有较大能量的要求。经火箭仿真实例和GARTEUR飞机模态试验验证,该算法保证监测模态的完整性和线性无关性,对大型结构的测点优化与配置具有重大的工程应用价值。

大型结构地面模态试验测点选择与优化

为了解决一般传统的优化算法对于大型结构测点的优化配置的失效问题,针对传统优化算法的缺点,对大型结构的模型缩聚技术做了进一步的改进和完善。引入了一个反映高阶模态贡献比例的权重系数,由此提出了一种基于有效独立法的混合优化算法:基于有效独立法的加权平均模态应变能系数法。经火箭仿真实例对上述方法及Guyan缩聚基于模态应变能系数有效独立法、改进后Guyan缩聚基于模态应变能系数有效独立法得到的测点配置效果进行了比较。结果表明:提出的测点优化算法有效地防止了测点分布聚集现象,而且都最大可能保证了所有模态应变能的贡献和较优布置测点具有较大能量的要求,并用实际的GARTEUR飞机模型对该方法进行了模态试验验证。试验结果表明,该算法保证了监测模态的完整性和线性无关性。

公路弯梁桥模态测试的测点布置

为得到测试公路弯梁桥模态振型的测点优化布置方案,采用有效独立法运算测点布置位置,并引入模态保证准则检验测点的准确性。以某实际三跨连续弯梁桥为工程背景,通过MATLAB编制有效独立法寻找相应测点位置的程序,分别计算了前10阶模态的传感器布置测点;计算各阶模态测点的模态向量空间夹角(PiMAC值);并选取其中4阶模态进行实桥验证。结果显示:多数PiMAC值满足模态保证准则,并且实桥测试结果与有限元模态相似度很高;结果表明:测点布置方案可以运用到三跨连续弯梁桥的模态测试中,有效独立法能有效为公路弯梁桥在环境激励下开展模态测试提供测点布置参考。

振动测试中多目标传感器优化配置研究

在有效独立法(effective independence method,EFI)和运动能量法(kinetic energy method,KEM)的基础上,提出一种新的传感器优化布置方法——有效独立—驱动点残差法(effective independence driving-point residue method,EFI-DPR)。它以单位刚度的模态应变能作为驱动点残差系数(CDPRi)修正有效独立法(EFI)的传感器布置方案,同时考虑Fisher信息阵行列式值最大及模态应变能最大,可以避免有效独立法和运动能量法的局限性。文中以空间智能桁架结构为算例,运用均方差最小准则、抗噪性能最好准则和模态保证准则评价各种优化布置方法的优劣。数值分析表明,有效独立—驱动点残差法是三种优化方法中最好的方法。

激光束区域网点云整体定向的线性拟合方法

从三维坐标转换模型出发,根据罗德里格矩阵的性质,首先推导出了单标靶点云定向的线性拟合方程,再以同名激光束相交于公共标靶为约束条件建立线性约束方程,进而实现全区域所有扫描站点云定向参数的整体解算。相对于传统的非线性的单站点云定向方法,本文方法能对区域内多站点云整体定向,计算过程不需要计算参数初值,定向后各站点云精度的一致性较好。

动车组齿轮箱传感器优化布置

为了解决动车组齿轮箱结构健康监测中的传感器优化布置问题,针对有效独立法存在的不足,引入比例系数的概念,用模态振型比例系数评价两测点间的信息独立程度,提出了一种能够同时满足所选测点模态可测性和避免信息冗余性的测点优化布置算法,并提出了基于振动模态的置信准则评价测试点选取方法的优劣。首先建立齿轮箱箱体模型,采用Block lanczos算法提取模态参数;其次构建模态的Fisher信息矩阵;再次利用比例系数-有效独立法对齿轮箱节点迭代筛选出传感器布置位置的6个最优节点;最后运用模态保证准则验证了齿轮箱传感器布置的合理性。结果表明:比例系数-有效独立法是一种更优的测点布置方法,用其研究分析齿轮箱结构的振动模态信息,能更加精确地诊断出齿轮箱的故障特征。该方法有助于准确分析齿轮箱箱体的振动特性,为高速列车齿轮箱的故障诊断和健康预测提供理论依据。

减振控制结构传感器优化布置分析

传感器最优配置的任务是构建一个最佳的传感器数量、位置,以期获得传感器成本与系统指定监测性能指标之间的最佳平衡。在能够反映结构特性的重要位置布置合理数量的传感器不但可以有效提高经济性,而且由于传感器的不同布置影响结构动力参数的测试结果,优化传感器的布置位置还可以提高结构的测试精度。针对基于结构损伤识别的传感器的最优布置、基于Fisher信息阵行列式值最大的有效独立法和基于模态应变能最大的运动能量法的缺陷而提出的有效独立-驱动点残差法以及基于二重结构编码遗传算法的传感器优化布置法进行了比较分析,指出了这三种方法对减振控制结构传感器优化布置实际应用中存在的问题。通过对比分析可知三种改进方法均能有效地进行传感器的优化布置,基于结构损伤识别的传感器布置能准确有效地得到存在噪声下的结构损伤位置及程度;有效独立-驱动点残差法可以有效地避免信息丢失问题且能较好保存结构的特性;改进遗传算法能够搜索到最优解且识别精度较高。为进一步进行优化布置的研究提供一定借鉴与参考。

动车组齿轮箱传感器优化布置

为了解决动车组齿轮箱结构健康监测中的传感器优化布置问题,针对有效独立法存在的不足,引入比例系数的概念,用模态振型比例系数评价两测点间的信息独立程度,提出了一种能够同时满足所选测点模态可测性和避免信息冗余性的测点优化布置算法,提出了基于振动模态的置信准则评价测试点选取方法的优劣。首先建立齿轮箱箱体模型,采用Block lanczos运算法提取模态参数;其次构建模态的Fisher信息矩阵;再次利用比例系数-有效独立法对齿轮箱节点迭代筛选出传感器布置位置的6个最优节点;最后运用模态保证准则验证了齿轮箱传感器布置的合理性。结果表明:采用比例系数-有效独立法研究分析齿轮箱结构的振动模态信息,是一种更优的测点布置方法,更能精确地诊断出齿轮箱的故障特征。该方法有助于准确分析齿轮箱箱体的振动特性,为高速列车齿轮箱的故障诊断和健康预测提供理论依据。