光纤布拉格光栅传感器应变传递耦合机理分析

建立了半平面体与光纤布拉格光栅传感器双向耦合的应变传递理论,得到表面粘贴式光纤布拉格光栅传感器测量应变与半平面体应变之间的关系.将理论解、有限元解和实验数据进行对比以验证该理论的正确性,并分析了应变传递率与半平面体弹性模量、半粘结长度的关系.结果表明:理论解与实验值非常接近,误差在4%以内,应变传递率随着半平面体弹性模量的增大、半粘结长度的增长而逐渐增大,对光纤布拉格光栅传感器的设计和应用具有一定的参考价值.

基于超声导波的钢梁结构损伤大小识别研究

探讨了应用超声导波检测技术在较厚结构中对结构损伤大小识别的可行性。基于优化的激励波形和PZT换能器布局,应用商业有限元软件Abaqus对导波在结构中的传播进行了仿真;同时对无损伤及有损伤的仿真模型进行了实验验证,实验信号与仿真波形具有很好的吻合度。仿真结果表明:随损伤深度或者损伤厚度的增加,损伤反射波波包、透射波波包的到达时间和信号幅值都会随之呈现一定规律的变化,从中提取变化较大的信号特征可用于损伤大小的识别。

基于弹性导波的厚钢梁结构的损伤检测

弹性导波由于其对损伤的敏感性和长距离传播特性,成为近年来结构健康监测领域的一个研究热点。探讨了利用PZT换能器在较厚结构中进行基于弹性导波方法的损伤识别的可能性。首先参考Lamb波的频散曲线,设置了导波的激励信号参数如激励频率、激励波形周期数等;基于优化的激励波形和PZT换能器布局,在结构健康监测实验平台上对试件进行了检测。通过对实验结果的处理分析,计算出导波的群速度,并根据群速度和飞行时间(ToF)得到了损伤的位置信息。结果表明利用导波方法能够针对较厚结构进行损伤定位并能识别出不同大小的损伤。

旋转柔性梁的动力学建模及分析

基于一次近似理论,采用弧坐标分量和Cartesian坐标分量共同描述柔性梁的变形场,并采用Green应变张量描述应变能,用Hamilton原理建立系统动力学方程,揭示产生动力刚化现象的力学本质。采用有限元方法进行离散,基于数值实验系统地研究旋转柔性梁的动力刚化现象。计算表明,旋转柔性梁的横向固有频率随旋转角速度和中心刚体半径的增大而增大,从而只存在一阶临界转速,且当中心刚体半径超过临界半径时,不存在临界转速。

基于有限元和系统辨识的智能结构主动控制

探讨了一种压电智能结构的设计方法,包括动力学建模、控制器设计和闭环系统有限元仿真。首先采用有限元方法计算滤过白噪声激励下压电智能结构的响应,以此响应作为系统辨识方法的输入,采用基于观测器/K a lm an滤波器的系统辨识方法(O bserver/K a lm an filter iden tification,OK ID)得到系统的M arkov参数,亦即单位脉冲响应的采样值,然后采用特征系统实现算法(E igensystem R ea lization A lgorithm,ERA)得到系统的最小实现,基于此模型采用LQG优化算法设计鲁棒控制器,并将反馈控制引入有限元模型进行闭环系统仿真,根据仿真结果评价设计方案。此方法克服了有限元模型无法直接用于控制器设计的缺点,通过将反馈控制引入有限元模型,可用有限元方法研究控制器的性能,也适用于设计其它复杂智能结构。