基于导波模态转角的钢绞线张拉力计算方法研究

基于超声导波在钢绞线中传播受钢绞线张拉力影响特性,提出了一种钢绞线张拉力计算方法。以直径15.2 mm七芯钢绞线为例,理论推导了单根钢丝受不同边界约束条件下纵向导波频散曲线;用有限元方法模拟了导波在单根钢丝及有张力钢绞线中传播过程;分析了引起模态变化的原因及受张拉力影响下模态转角变化规律。结果表明:随着钢丝表面位移约束刚度增大,一阶纵向导波频散曲线整体向高频位置偏移,且小波数部分向高频偏移更为明显,从而在频率300 k Hz附近形成模态转角;钢绞线在不同张拉力条件下,其一阶纵向导波模态转角主要受钢丝间的切向摩擦力影响;考虑钢绞线螺距及摩擦系数影响的钢绞线张拉力与导波模态转角之间吻合幂函数关系。

基于转角模态和小波神经网络的连续梁损伤识别研究

基于小波奇异性检测原理和神经网络非线性映射能力,结合结构基本模态参数,提出了一种结合小波神经网络与结构转角模态的损伤识别方法.首先,建立三跨连续梁的有限元模型获取结构模态参数,并对其进行Mexihat小波变换,通过系数图突变点判断结构损伤位置.然后,将小波系数模特征向量作为BP神经网络的输入,分别研究了该方法在单损伤和多损伤工况下的识别能力.最后将不同工况下神经网络预测值与结构实际损伤程度进行对比,得到单处损伤预测误差平均值为0.22%,多处损伤预测误差平均值分别为0.22%和0.18%,结果表明该方法在结构损伤识别方面的有较高有效性及精确度.

基于转角模态小波分析的弹性地基梁损伤识别研究

基于转角模态小波变换研究了带刚度下降段的弹性地基梁损伤识别问题,提出了采用文克尔地基力学模型,用等效刚度代替梁内损伤段的刚度,通过有限元计算求解损伤梁的转角模态参数,来识别梁内刚度下降段位置的方法。以两端简支弹性地基梁为例,分别考虑了梁单独损伤、弹簧单独损伤、梁和弹簧同时损伤且损伤位置不同的三种情况,通过建立带损伤段梁的有限元模型,用Lanczos法对结构的转角模态进行了计算分析;再应用mexh小波对其进行连续小波变换,通过小波系数模极大值点判断梁内刚度下降段的位置。数值算例验证了方法的有效性,研究对工程结构损伤诊断的应用具有参考价值。

基于转角模态小波变换的连续梁损伤识别研究

针对采用基本振型进行小波变换识别连续梁支座附近损伤的困难,提出了运用转角模态小波变换识别损伤的方法.该方法在对连续梁转角模态进行有限元分析的基础上,用墨西哥帽小波做连续小波变换,并由多尺度小波分析确定损伤位置,由低尺度上的小波系数模极大值识别相对损伤程度,由小波系数线特征确定损伤类型.通过对一具有离散裂缝、裂缝群和局部刚度下降三类损伤的连续梁做数值计算分析,验证了方法的有效性.该方法对连续梁损伤识别的工程应用具有参考价值.

基于转角模态小波神经网络的结构损伤识别方法

以小波分析为基础,结合神经网络技术,研究了结构的损伤识别问题,建立了一种基于转角模态小波神经网络的结构损伤识别方法。采用有限元理论,运用Lanczos法,分析结构的损伤,得到了结构的转角模态参数。然后,对其模态参数进行连续小波变换,得出了小波系数图,由小波系数模极大值可判断结构损伤的位置。利用BP神经网络模拟小波系数模极大值与损伤程度之间的非线性关系,从而由网络的输出结果可识别结构的损伤程度。通过对一简支梁的损伤识别计算分析,验证了该方法的有效性。该方法可供结构损伤诊断的工程应用参考。

基于转角模态小波变换的平面框架裂缝识别研究

以有限元分析含裂缝平面框架的模态参数为基础,建立了基于转角模态小波变换识别平面框架裂缝的方法.利用Mexh小波对框架的转角模态进行小波变换,通过小波系数模极大值点来识别裂缝的位置.以一层平面框架为例,分别建立了框架梁含有裂缝、框架柱含有裂缝、框架梁和柱均含有裂缝的有限元模型,并通过转角模态小波变换来识别平面框架裂缝的位置.数值计算验证了方法的有效性.通过对平面框架基本振型和转角模态小波变换识别裂缝的比较发现,转角模态小波变换方法识别框架结构裂缝更为准确、有效.

实验模态综合法若干问题的研究

提出了子结构可补偿高阶截断模态且易与实验模态相结合的剩余动柔度概念,然后采用自由界面模态综合技术,实现子结构综合。通过部分忽略高阶截断模态的动态效应给出了剩余质量和剩余刚度的近似表达式,简化了子结构的实验建模;基于谐波集中力系的等效原理,提出了一种全新的转角动柔度间接测量方法,在一定程度上解决了实验模态综合中的界面对接信息不足问题。克服了将实验模型和有限元分析模型进行模态综合的技术难题,数值计算和实验验证表明所提方案可行。

基于小波分析的Timoshenko梁裂缝识别研究

采用等效转动弹簧代替梁内的不扩展横向裂缝,研究Timoshenko裂缝梁的横向振动特性,建立了一种与有限元分析相结合的、基于模态参数的小波分析识别Timoshenko梁内裂缝的方法。以一简支梁为例,通过建立含横向不扩展裂缝的Timoshenko梁的有限元模型,用Lanczos法对结构的模态进行了计算分析,求出了基本振型和转角模态。分别应用mexh小波和db小波为母小波对二者做小波变换,进行多尺度分析,通过小波系数模极大值位置识别出梁内的裂缝。并对识别结果进行对比,发现识别Timoshenko梁裂缝时,基于转角模态小波变换的方法对小波基、尺度的要求较低,变换后的小波系数线更为平滑,奇异性特征更为明显,故运用转角模态小波变换来识别Timoshenko梁裂缝,较之运用基本振型小波变换的方法更为方便、有效。该方法对Timoshenko梁裂缝识别的工程应用具有参考价值。

利用振动响应的多种结构损伤识别方法比较

利用梁结构的不同模态参数(位移模态、转角模态、曲率模态)开展了梁结构裂纹萌生阶段的小尺度损伤识别方法的研究。首先,通过振动响应计算两跨简支梁的位移模态、转角模态以及曲率模态。其次,结合连续小波变换多分辨率和奇异性分析特性,计算3种模态参数变换后的小波系数,以辨识结构模态参数的奇异性。再次,通过对数值仿真数据加入不同程度随机噪声的方法来对比分析各方法对于结构损伤的识别效果。最后,通过实验测试数据分析各模态参数的损伤识别方法对于实际结构损伤识别的效果。结果表明,基于3种不同模态参数的损伤识别方法均能对小尺度的结构损伤进行定位,但各方法的抗噪性能不同,转角模态的抗噪性能最好,而位移模态次之,曲率模态较差。实验结果显示利用转角模态参数的损伤识别效果较好,而根据位移模态与曲率模态参数的识别效果相近,但曲率模态参数方法在较小损伤处的识别结果更容易被干扰。这为在工程实际中根据环境及振动响应特点进行损伤识别参数的选取提供了一定参考。

基于响应的梁损伤识别

采用扭转弹簧模拟悬臂梁的损伤,导出了损伤梁位移模态和转角模态的近似公式,获得了损伤梁在单点激励下,零初始条件的位移和转角响应。发现损伤梁的转角响应在损伤处发生阶跃变化,而损伤梁的转角响应对位置的一阶偏导数在损伤处有脉冲函数型突变的特点,从而提出了基于损伤梁转角响应的损伤判据函数。通过对损伤梁和损伤桁架结构的数值模拟,表明提出的判据函数不仅可以利用简谐激励下的响应识别梁的损伤,也可以利用冲击激励下的响应识别桁架的损伤。实验结果表明利用所提出的判据函数,可以同时判别损伤的位置和损伤的程度。

基于小波神经网络的框架结构损伤识别

以含损伤的框架结构为研究对象,对损伤位置和损伤程度进行识别。运用有限元分析原理,采用Lanczos法得到框架结构的转角模态,对其转角模态进行连续小波变换可以得到结构的小波系数,再由小波系数模极大值确定损伤的位置。以损伤后结构的固有频率作为神经网络输入参数构造神经网络,从而实现对框架结构损伤程度的识别。通过对一平面框架结构的损伤识别计算分析,验证了方法的有效性。

基于小波分析的弹性板损伤识别

以含有损伤的四边简支矩形板为研究对象,采用等效刚度代替板内损伤带的刚度,建立了含有多条损伤带的弹性板有限元模型.运用有限元法分析板的振动特性,由Lanczos法计算得到沿板边两个方向的转角模态.通过对板的转角模态进行db1连续小波变换,利用小波系数模极大值点判断板内损伤带的位置,给出了一种识别弹性板损伤的方法.通过对一含3条损伤带的四边简支矩形板进行损伤识别,验证了方法的有效性.

含双裂纹圆截面悬臂梁的损伤识别研究

裂纹的萌生和扩展直接影响构件的振动响应,对构件的安全可靠性具有重要影响.本文以圆截面悬臂梁为对象,结合转角模态振型和模态频率等高线,研究了一种双裂纹识别技术.首先,基于应力强度因子和卡氏定理推导了无裂纹梁单元和含裂纹梁单元的刚度矩阵;在此基础上,建立了含裂纹圆截面悬臂梁的有限元动力学方程;然后,结合裂纹对梁转角模态振型和模态频率的影响,提出了双裂纹识别策略.最后,通过算例讨论了双裂纹识别策略的可行性.结果表明,圆截面悬臂梁的模态转角在裂纹位置出现突变,裂纹深度越大转角突变值越大;将识别出的裂纹位置作为已知参数,通过模态频率等高线法,可以准确地识别出双裂纹的深度.

基于简谐激励下响应的梁损伤识别

采用扭转弹簧模拟悬臂梁的损伤,导出了损伤悬臂梁位移模态、转角模态的近似公式,获得了损伤悬臂梁在单点简谐激励下,零初始条件时的位移响应和转角响应.发现损伤悬臂梁的转角响应在损伤处发生阶跃变化,损伤悬臂梁的转角响应对位置的一阶偏导数在损伤处发生脉冲函数型突变的特点,从而提出了基于损伤梁转角响应的损伤判据函数.数值仿真算例表明,所提出的判据函数可以判别损伤的位置和损伤的程度.

基于mexh小波变换的门式框架裂纹识别定位研究

以杭长铁路客专湖南段站房工程中某平面框架为研究对象,将裂纹模拟为带半椭圆形片状的表面裂纹,计算了三种框架损伤工况模型,通过数值计算,验证了裂纹定位识别方法的正确性与有效性。

小波分析在直升机结构损伤识别中的应用

小波分析是分辨率可变的时频分析方法,可以识别正常信号中夹杂的瞬态反常现象,现阶段被应用于信号处理、损伤识别、故障诊断等方向。直升机结构由于生产制造缺陷、服役于恶劣环境、沙石冲击等因素,难以避免的存在损伤。本研究基于框腹板的转角模态信息,使用小波分析方法,根据小波系数极大值点识别模态信号的奇异点,实现对直升机腹板结构损伤位置及程度的识别,并研究了小波基类型等参数对损伤识别准确性的影响。