基于广义柔度矩阵的井架钢结构损伤识别

钻机井架结构在生产过程中会因各种原因而出现不同程度的损伤及破坏,为解决复杂工作环境下石油钻井井架结构健康监测中损伤识别问题,提出了一种基于广义柔度矩阵的井架结构损伤识别方法。相比于柔度矩阵方法,广义柔度矩阵仅需前几阶低阶固有频率及相应的模态振型便可确保计算的精度。在构建损伤控制方程的过程中,采用矩阵分块模式求解方法,与传统方法中需将单元刚度矩阵扩充整体刚度矩阵维数相比较,所提出的求解方法只需针对单元刚度矩阵的行数进行相应扩充,而列数不变,因此从计算量的统计角度分析可大大降低构建损伤识别控制方程的计算量。最后,以实际工程中的K型井架钢结构为例,结果显示对于不同的损伤位置及程度,该方法均具有良好的识别效果,可用于其他大型结构的损伤诊断或健康监测。

一种桁架结构损伤识别的柔度阵法

利用试验获得的一阶模态参数 ,提出了一种桁架结构损伤识别的柔度阵法。应用有限元方法 ,采用柔度阵 ,建立结构振动特征方程。结构损伤后 ,引起柔度阵发生改变 ,从结构振动特征方程出发 ,对柔度矩阵做关于结构物理参数变化量的一阶泰勒展开 ,可以确定结构物理参数的变化量 ,识别结构损伤部位及损伤程度。

基于点谱相关函数的悬臂结构损伤识别

为了识别悬臂结构的损伤位置与损伤程度,提出基于点谱相关函数的损伤识别柔度法。该方法依据结构动力特征方程和悬臂结构的特点,利用柔度矩阵元素作为过渡,得到结构模态参数与杆件物理参数之间的对应关系等式,讨论并提出利用结构自由振动信号的Winger-Ville点谱相关函数平方根值代替结构模态参数的方法,建立点谱相关函数平方根值与刚度损伤系数的方程,通过求解方程组就能识别出结构单个或多个损伤的位置和程度。该方法物理意义明确,突卸荷载激励容易实现,且只需一次测量,无需损伤前后对比测试,有利于工程应用。最后通过2个数值算例,验证了所提方法的有效性。

复合材料后掠机翼的气动弹性剪裁方法研究

提出了一种混合多级结构优化算法,以大展弦比复合材料后掠机翼为研究对象进行了气动弹性剪裁设计。在满足强度、变形约束等前提下,以梁、肋、蒙皮厚度,对结构重量进行最小化设计;继续以减重为目标,满足颤振速度的约束,优化蒙皮各铺层的比例,并分析了优化中铺层比例对颤振速度的影响;采用遗传算法优化蒙皮的铺层顺序,以增大机翼的颤振速度。研究表明:混合多级结构优化不仅可以减轻机翼的结构重量,还能大大提高机翼的颤振速度;铺层比例优化结果表明较高的±45°铺层比例能使刚度分布更加合理高效。

基于单位载荷变形差值曲率的承载钢结构损伤识别

损伤是影响承载钢结构性能最重要的因素,及时、准确地诊断承载钢结构的损伤是保证系统安全可靠的前提。根据模态柔度比固有频率或振型对损伤更敏感的特点,提出了基于柔度矩阵的单位载荷变形差值曲率法识别承载钢结构的损伤。该方法将基于动力的柔度和静力测试中的变形结合起来,以动力测试数据反映结构静力特征的变化,当有损伤或损伤增大的时候,单位载荷变形差值曲率有更明显的变化。首先,建立了低阶的模态观测数据与柔度矩阵的表达式。其次,推导了单位载荷变形与柔度矩阵的关系,结合曲率模态和变形差值的思想,提出了基于单位载荷变形差值曲率识别承载结构损伤的方法。最后,通过对承载钢结构模型的损伤识别得出:该方法所需模态信息量小,只需一阶频率和振型信息即能够准确定位单损伤、两损伤;对于多损伤可以识别,精度有所下降,但基本可以满足工程要求。

土-结构相互作用对结构监测与辨识结果的影响

通过对一个现有建筑的结构动态参数的辨识讨论了土与结构的相互作用。目标建筑是建于1998年的8层的型钢混凝土结构。在此研究中,8自由度的模型被建立以分析微震观测数据,随即,非参数和参数技巧以辨识此结构的自然频率,阻尼率和层硬度等。在考虑土-结构相互作用和不考虑土-结构相互作用的两种情况下,分别辨识结构的参数并对比结果以证实其对辨识结果的影响。在文中非参数方法包括众所周知的传递函数和随机减量法,参数方法是非线性的系统辨识工具ARX(Auto-Regression with extra input)方法。

高柔悬臂结构损伤识别的约束柔度法

为识别高柔悬臂结构的损伤位置和损伤程度,提出损伤识别约束柔度法。分别推导出等效抗弯刚度和柔度矩阵元素与模态参数的关系等式;基于任一阶模态参数,将高柔悬臂结构简化为弯曲型集中质量模型,分析基于弯曲型集中质量模型的损伤识别柔度法的病态性,引入约束条件,建立低病态性的方程组,通过解方程组识别损伤。数值算例表明:所提方法识别效果较好,明显改善了损伤识别柔度法的病态性。

基于量子粒子群优化算法的结构损伤识别

提出一种以广义柔度矩阵为损伤指标,基于量子粒子群优化算法的结构损伤识别方法.该方法根据结构损伤前后广义柔度矩阵差与结构物理参数变化关系,将结构广义柔度矩阵识别问题转化为优化问题,进而采用系统辨识能力较强的量子粒子群优化算法搜索目标函数最优值,从而达到损伤位置和损伤程度同时识别的双重效果.最后通过简支梁数值模拟对该方法的有效性进行了验证.

基于静力柔度灵敏度的网架结构损伤识别

采用模态参数来组集网架结构的柔度矩阵面临较多困难,如所需模态数量较多、测点数量有限和密集模态识别精度较低等.相比之下,基于静力测试的柔度矩阵具有测试精度较高、无截断误差的优点.文中提出一种基于静力柔度灵敏度、先定位后定量的网架结构损伤识别方法.首先,针对柔度灵敏度方程容易产生病态解的问题,构造一种奇异值贡献指标以合理截断柔度灵敏度矩阵的奇异值,从而提高解的精度.其次,结合前述奇异值截断策略,在不更新刚度矩阵的前提下,通过多次计算来逐步缩减疑似损伤杆件,从而降低未损杆件的干扰和实现损伤杆件的定位.最后,仅保留灵敏度矩阵中已定位损伤杆件对应的列,在迭代计算中不断更新刚度矩阵来进行损伤杆件的定量识别.以某网架结构为例进行数值分析.结果表明:提出的奇异值贡献指标具有明显的突变位置,可方便地指出灵敏度方程奇异值截断位置;提出的两步识别法在仅利用竖向自由度的情况下具有较好的抗噪能力,可有效定位和定量识别损伤杆件.

高耸柔性结构振动模态阻尼比参数识别仿真

针对当前结构振动模态阻尼比参数识别相关方法存在识别率低等问题,结合柔性结构振动形态复杂度高等特点,提出基于ERA的高耸柔性结构振动模态阻尼比参数识别方法。通过标定相机的内外参数,使用两个相机同时对柔性结构的动态进行拍摄生成结构测点图像,采用三维动态重构方法对高耸柔性结构振动情况进行预处理,利用Harris角点检测法确定振动位移,并采集位移数据,得到模态阻尼比参数集合。基于数据采集结果,通过ERA方法对高耸柔性结构振动模态阻尼比参数进行识别。实验结果表明,上述方法具有较强的识别性能、柔性结构振动形态简单的特点。

火箭蒙皮上梁结构的损伤识别方法研究

针对火箭蒙皮上梁结构损伤识别问题,首先利用基于模态应变能的损伤识别指标,对火箭蒙皮上梁结构进行损伤位置识别,再利用基于广义柔度矩阵的损伤敏感函数并结合遗传算法,对火箭蒙皮上梁结构进行损伤程度大小的计算。该损伤识别方法以结构损伤导致模态参数变化为依据,通过对比损伤前后模态应变能变化构建损伤识别指标。在数值仿真中,对T型梁进行方法验证,发现该方法能够准确识别损伤位置和大小。最后根据火箭蒙皮上T型梁结构特点,设计试验并研究方法的可行性,发现在T型梁结构上,该方法能够有效地识别损伤位置和大小,误差均在5%以下。

基于模态分析的对称结构损伤识别法

对于对称结构的损伤识别,本文提出了一种将正则化频率变化率和柔度曲率矩阵变化率相结合的损伤识别法.先运用正则化频率变化率对对称结构进行损伤识别,损伤识别结果将会产生两个对称的损伤位置,接下来再引入本文基于柔度矩阵提出的损伤识别新指标,根据损伤识别新指标的识别结果对这两个对称的损伤位置进行对比,损伤识别指标值较大的,即为真实损伤单元.运用该方法就可以实现对整体对称结构的损伤识别.通过对称单跨梁算例分析,验证了此方法的精确性和可行性.

基于改进鲸鱼算法和模态柔度的两阶段结构损伤识别

本文在引入两阶段损伤识别方法的基础上,结合模态柔度和鲸鱼算法,提出了一种新的结构损伤识别方法。即将损伤定位与量化损伤程度分开的损伤识别两步法。第一步,定位出结构发生损伤的位置,提出了一种基于模态柔度的新指标:叠加模态柔度差曲率(SMFC)来确定结构中发生损伤的位置。该指标的计算,首先是分别计算损伤前、后的结构模态柔度,然后对其逐行求和后,最后采用中心差分法分别计算两者的曲率并作差。同时,考虑到了对板结构的“临近效应”,提出了一种削弱该效应的方法,并将其应用到新指标中。第二步,构建基于柔度矩阵的目标函数,并利用第一阶段损伤定位的结构,通过改进的鲸鱼算法来确定实际损伤程度。通过简支梁和四边简支板的数值算例来检验本文所提出方法的适用性,最后通过简支梁试验验证该方法对实际结构的有效性。