结构健康监测中的损伤检测技术研究进展

对结构健康监测研究中的结构损伤检测方法及其特点进行了介绍。从基于结构模态分析的方法和基于结构动态试验信号处理的方法两方面,阐述了结构健康监测中的损伤检测方法及其最新研究进展。基于结构模态分析的结构损伤检测方法是针对整个结构的检测,使用的模态都限于低阶模态范围内,所检测的结构应容易建立有限元模型,便于进行响应预测。基于结构动态试验信号处理的损伤检测方法通常是针对结构局部构件的损伤检测,不需要对结构进行有限元建模,而直接从测试的动态响应信号中提取表征结构损伤的特征参数。文中提出了对比性损伤检测方法和非对比性损伤检测方法的概念,并对结构损伤检测中常用的信息传感与处理技术进行了论述,指出了结构损伤检测研究中应该考虑的传感器布置问题。提出了将损伤信息的主动检测与被动检测相结合进行损伤程度判断和剩余寿命估计等问题是有待进一步深入研究的课题。

空间桁架结构动力学形状优化设计

在多阶固有频率约束条件下,采用“渐进结点移动法”,对空间桁架结构的形状进行优化设计,使结构重量达到最小。首先分析固有频率相对结点位置的一阶导数,确定结点移动的效率,即灵敏度数。根据灵敏度分析结果,优先移动效率较高的结点。然后,利用库恩-塔克优化条件检验所得结果,保证优化过程收敛于最小重量设计。最后,用二个典型数值算例验证本文算法的有效性和可靠性。

基于互相关函数幅值向量的结构损伤检测实验研究

进行了基于互相关函数幅值向量(cross correlation function amp litude vector,CorV)的受随机激励结构损伤检测的实验研究。以一个复合材料单跨梁为实验对象,通过在梁的局部位置上安装夹板,改变夹板对结构附加刚度,来模拟结构的损伤。对结构施加随机激励,分别用加速度传感器和应变传感器采集结构的响应信号,计算结构在损伤前后的CorV,使用互相关函数幅值向量置信度准则(cross correlation function amp litude vector assurance criterion,CVAC)来度量结构受损前后CorV的变化。结果表明,结构损伤前后的CorV之间的CVAC较完好结构之间的CVAC有明显下降;分析结构损伤前后CorV中分量的相对变化,可确定损伤产生的区域。使用互相关函数幅值向量,只需要测量结构在随机激励作用下的时域响应信号,就可检测出结构损伤的存在及损伤的位置。因此本文所采用的方法可应用于环境激励下的结构健康监测。

基于时序建模的教学质量评估系统的神经网络辨识

采用时序分析对教学质量评估体系进行系统分析和建模,引入Box-Cox进行数据的非平稳性预处理,选用L-MBP网络进行系统辨识。通过比较网络对校验样本的预测效果,对隐层节点数和各层间的传递函数进行优化,同时采用重复训练法来提高网络的稳定性和预测精度。算例表明这种辨识方法能对教学质量进行更准确的评估和预测。

黏聚力模型破坏准则及其参数选取

对黏聚力模型的本构关系和损伤演化过程作详细的介绍。推导出当法向刚度与切向刚度不同时,在复杂应力条件下,运用BK(Benzeggagh-Kenane)准则、指数准则等破坏演化准则的材料损伤过程。提出通过MMB(mixed-modebending)实验数据得到破坏演变准则及其参数的方法,并得到可较好表达复杂应力状态下材料损伤规律的多项式准则。

织机机架的有限元建模

为缩短织机设计开发周期,降低开发费用和织机墙板断裂几率,基于有限元分析法,利用ANSYS软件对剑杆织机机架结构的2种有限元模型进行模态分析,并将计算结果与实验结果对比,寻求有限元对模型计算的影响。研究结果表明:剑杆织机机架有限元模型是正确的;Solid 95单元在计算织机机架模态时与实验结果更接近,但计算规模较大;在计算机容量允许的情况下,选用三维实体模型计算精度更高;如果对精度要求不高,且需提高计算速度,则可考虑使用Shell 63组合Beam 188单元划分模型。

利用附加质量的设计参数型模型修正方法

针对利用附加质量的模型修正方法存在未知修正变量数目过多，修正方程欠定，修改精度无法满足工程应用要求的问题，提出了一种设计参数型修正方法来提高原始方法的修正精度．该方法利用泰勒展开公式，导出质量矩阵和刚度矩阵对设计参数的灵敏度影响矩阵，进而建立以设计参数偏差量为未知数的修正方程．分别用一个长直机翼模型和一个阶梯变截面梁模型为例，进行了该修正算法的验证．两个算例初始引入的局部刚度建模误差为30％-50％，修正后模型的计算误差都小于1％．研究结果表明，本文提出的修正方法大大减少了待求解的未知变量数目，降低了对测试模态数目的要求，提高了算法的修正精度，同时使得修正结果的物理指示意义也更加明确．

TC4在动态载荷下的剪切行为研究

使用分离式霍布金森压杆（SHPB）对2种TC4（Ti-6Al-4V）试样（单边剪切试样与双边剪切试样）在应变率10^4 s^-1下进行动态剪切加载,利用SIM D8高速照相系统捕捉了绝热剪切带扩展的整个历程,得到了TC4在拍照时刻的应力应变曲线;使用金相显微镜和SEM扫描电镜对TC4绝热剪切带的微观形貌进行观察,发现绝热剪切带宽度为5-12μm,断口从韧窝断裂演变为解理断裂,可观测到韧窝状与河流花样断口形貌,但是并未看到相变的发生;对2种试样就产生绝热剪切带的形式与敏感性进行了分析,实验表明双边试样更易产生绝热剪切带;通过高速照相系统的标定换算,得到TC4绝热剪切带产生的临界剪切应变在78%-88%之间。在SHPB动态加载条件下,TC4绝热剪切带的扩展速度在460-1250m/s之间,且应变率越高,剪切带扩展越快,扩展平均速度与名义应变率近似呈线性关系;另外,在同一加载速率下,剪切带并不是匀速扩展,其扩展速度随载荷的增加而不断增加。