LOCATING BEAM DAMAGE BASED ON INITIAL FLEXURAL STIFFNESS DETECTION

应变模态变化率指标在服役梁结构的损伤定位方面已有应用,但现有研究大多忽视了梁上的初始局部抗弯刚度具有离散性的情况,因此难以区分真实损伤和初始离散性造成的局部刚度变化,对于实际梁结构的应用效果不佳. 先提出了一种通过求解线性方程组来得到梁上各区间真实初始抗弯刚度的方法,然后采用应变模态变化率指标来进行损伤定位. 研究结果表明,该方法可以处理梁上初始局部抗弯刚度具有离散性的情况,实现准确的损伤定位.     

钢筋混凝土梁振动特性参数与损伤状况关系的数值仿真研究

基于分离式有限元理论,分别建立了存在钢筋混凝土局部松脱等多种形式损伤的钢筋混凝土梁横向弯曲振动力学模型,利用此模型能够计算各种损伤梁的固有频率等振动特性参数。对这些振动特性参数与各种损伤的状况之间的关系进行了数值仿真研究。提出固有频率可以作为钢筋混凝土梁损伤定性辨识的指标;针对不同的损伤形式,位移模态振型、曲率模态振型和剩余模态力向量是对局部损伤位置敏感的振动特性参数,可以利用敏感参数的绝对残差向量进行局部损伤的定位辨识;敏感参数绝对残差向量的范数与损伤程度具有良好的单调性关系,可以作为局部损伤定量辨识的指标。     

由两组模态及相应频率构造Enler梁

本文以悬臂梁和两端铰支梁为例,讨论了由部分频率及相应的位移模态或应变模态确定Euler梁的截面物理参数这类问题,建立了解存在唯一的充要条件,提出了一种算法并做了算例,分析和计算都表明,求解这一问题用应变模态比用位移模态有利得多。     

复杂梁动力问题的近似分析方法

本文介绍了在各种复杂条件下，分析梁振动特性的一个近似方法－模态摄动法。这一方法是在等截面均匀梁的模态子空间内实施，将复杂梁的变系数微分方程的求解转化为代数方程组的求解。通过算例，表明这一方法简单实用，且有良好的近似性。     

基于改进灰狼优化算法的结构损伤识别

结合模态柔度矩阵、广义模态柔度矩阵和振型三个识别精度较好的指标,构造新的目标函数求解损伤识别问题。通过Nelson方法求解得到的频率与振型的导数,得到对结构刚度发生变化时更具敏感性的位置,然后在这些位置布置传感器以提取结构信息。针对原有的灰狼算法虽然全局搜索能力强,但是存在局部搜索精度差的问题,本文从初始种群和收敛因子等方面着手,改善灰狼算法的局部搜索能力及收敛速度。最后利用提出的方法,通过识别梁模型及桁架模型中的损伤单元说明本文方法的有效性。     

由两组模态及相应频率构造Enler梁

本文以悬臂梁和两端铰支梁为例,讨论了由部分频率及相应的位移模态或应变模态确定Euler梁的截面物理参数这类问题,建立了解存在唯一的充要条件,提出了一种算法并做了算例,分析和计算都表明,求解这一问题用应变模态比用位移模态有利得多。     

基于柔度矩阵曲率范数差的结构损伤识别方法

基于模态柔度矩阵曲率范数差构造了一种损伤识别新指标。首先对损伤前后柔度矩阵按列、行分别求两次曲率,再对曲率矩阵的列向量求2-范数差,得到2-范数下各节点的损伤定位指标值。根据梁式结构刚度和位移曲率的负相关关系,推导出准确定量损伤程度的理论表达式,对单损伤和相邻多损伤进行了损伤定量分析。基于串联弹簧原理,提出了等效损伤程度分析模型,建立了测点间梁单元局部损伤与全损伤之间的损伤程度对应关系。采用某三跨连续梁用作仿真算例,结合已有的均匀荷载面曲率差指标,并考虑多种损伤工况,对指标进行对比分析,结果表明该方法仅需低阶模态参数即可进行损伤检测,且具有较好的抗噪声能力。采用对比测点间梁单元局部损伤与全损伤工况基频的方法,验证了所提等效损伤程度计算方法的合理性。     

局部损伤复合材料层合板的振动分析

本文采用了一种改进方法对局部损伤复合材料层合板进行了振动分析,将复合材料板中的损伤模拟为局部刚度的削减,并取三个损伤因子来刻画损伤的特性．利用高阶摄动法对其自由振动方程进行求解,主要计算了损伤板的自然振动频率和振动模态．相较于一阶摄动展开法,该方法在计算局部较大损伤问题中具有更高的准确度和敏感度．最后对损伤问题进行了参数研究,分析了不同的损伤因子（包括局部损伤程度、方向、面积大小）对板自由振动频率的影响．该方法为二维板局部损伤检测提供了有效精确的理论依据,并为损伤的定量评价提供了一种思路．     

局部裂纹损伤简支梁的曲率模态特性

将裂缝损伤简化成矩形凹槽,采用delta函数表示简支梁的裂纹损伤位置,得到了全梁范围内截面转动惯量和单位长度质量的表达式,建立了局部裂缝损伤简支梁的横向自由振动方程.利用摄动方法给出了裂纹摄动项的一般表达式,根据摄动项和完整梁都同时满足边界条件的特点,将一阶和二阶摄动项都表示成完整梁模态的线性组合,结合delta函数的性质,最终获得了受损简支梁的特征值和模态振型的解析表达式.最后,通过数值计算得到结构模态参数,对比了一阶摄动和二阶摄动对计算结果的影响,分析了不同阶固有频率和模态曲率的变动量,为简支梁的损伤监控和检测提供了理论依据.     

采用新型损伤指示因子和结构优化方法的单元损伤识别

在一种新型的损伤指示因子的基础上,采用最小二乘法建立损伤识别问题的优化模型,通过模态综合方法计算结构模态的灵敏度,采用半解析法计算指示因子对损伤参数的灵敏度,最终由序列线性规划方法求解优化问题。数值算例验证了本文方法的可行性。     

An approximate method of response analysis of vibrations for cracked beams

I.IntroductionTheinvestigationsonthed}'nan1icresponsesofcrackedbeamshavebeendonebymanyresearchers.Howeter,upti11now.totheauthors-knot"ledge,intheirwork,thereha\-ebeenmanypapersaboutnumericaln1ethodstobeusedasamainmeanstostudy,whileveryfewpapersab0utanalyt…     

Dynamic response of a multi-span Timoshenko beam with internal and external flexible constraints subject to a moving mass

An analytical transfer matrix method is presented to determine the effect of intermediate flexible constraints on the dynamic behavior of a multi-span beam subject to a moving mass. By using the Timoshenko beam theory on separate beams and applying the compatibility requirements on each constraint point, the relationships between every two adjacent spans can be obtained. By using a transfer matrix method, eigensolutions of the entire system can be determined. The forced responses can then be calculated by the modal expansion theory using the determined eigenfunctions. Some numerical results are presented to show the effects of intermediate constraints and locations on the dynamic response of the multi-span beams. It will be seen that the general formulation developed here can cover a large array of problems such as cracked or intermediately constrained beams.     

含初缺陷裂纹损伤梁的冲击动力屈曲

由Hamilton原理导出考虑初始缺陷及横向剪切变形时裂纹梁的动力屈曲控制方程;应用断裂力学中常用的线弹簧模型将裂纹引入到屈曲控制方程中;基于B-R动力屈曲判断准则,采用数值方法求解了受轴向冲击载荷作用时裂纹梁的动力屈曲;对比讨论了不同冲击速度、初始几何缺陷大小以及分布形式等因素对梁冲击动力屈曲的影响。     

Crack parameter estimation in structures using finite element modeling

This paper addresses the problem of linear crack quantification, crack depth estimation and localization, in structures. An optimization technique based on a finite element model for cracked structural elements is employed in the estimation of crack parameters for beam, truss and two-dimensional frame structures. The modal data for the cracked structures are obtained by solving the corresponding eigenvalue problem. The error in the modal data is simulated by an additive noise that follows the normal distribution. The simulated reduced modal data is expanded using the eigenvector projection method. Numerical examples showed that this technique gives good results for cracks with high depth ratio. The accuracy of the estimated crack parameters depends on (1) the number of modes used, (2) the error level in the cracked structure modal data and (3) the number of measured degrees of freedom in the case of reduced modal data.     

含裂纹梁参数的谐响应识别

主要研究含裂纹梁在简谐激励作用下的动力特性,提出一种依据幅值变化对裂纹参数进行识别的新方法。首先,在振动过程中考虑裂纹的呼吸特性,以悬臂梁为例建立含裂纹梁的二维有限元模型,指出在一般激励频率下,其对应的幅值均是明显信号,可用来描述裂纹梁的动力特性。其次,当激励频率分别取无裂纹梁一阶频率的1/4和二阶频率的1/4时,幅值随裂纹参数的变化明显不同,可依据响应幅值的变化对裂纹参数进行识别。然后,利用曲面拟合技术绘出幅值变化曲面,对未知参数的裂纹进行识别,验证了该方法的有效性,并归纳出利用幅值变化对任意裂纹参数进行识别的基本步骤。最后,针对无裂纹梁频率计算可能存在误差的情况,分析识别方法的鲁棒性,结果显示即使最大误差为10%,该方法也能对裂纹参数进行准确识别。     

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．     

AN APPROXIMATE ANALYSIS OF FREQUENCY RESPONSE OF A CRACKED HINGEDHINGED BEAM

A new method based on a modified line-spring model is developed forevaluating the natural frequencies of vibration of a cracked beam.This model inconjunction with the Euler-Bernoulli beam theory,modal analysis and linear elasticfracture mechanics is applied to obtain an approximate characteristic equation of acracked hinged-hinged beam.By solving this equation the natural frequencies aredetermined for different crack lengths in different positions.The results show goodagreement with the solutions through finite element analysis.The present method maybe extended to analyze other cracked complicated structures with various boundaryconditions.     

分数导数型本构关系描述粘弹性梁的振动分析

本文研究粘弹性梁在周期激励作用下的受迫振动问题。梁的材料满足Kelvin-Volgt分数导数型本构关系。基于动力学方程、本构关系和应变－位移关系建立了小变形粘弹性梁的振动方程。采用分离变量法分析粘弹性梁的自由振动,导出模态坐标满足的常微分－积分方程和模态函数满足的常微分方程,对于两端简支的截面梁给出了固有频率和模态函数。对于简谐激励作用下粘弹性梁的受迫振动,利用模态叠加得到了稳态响应。最后给出数值算例说明本文方法的应用。     

Mixed mode crack initiation and direction in beams with edge crack

The S-theory is applied to determine crack initiation and direction for beams with edge crack. A simple method for obtaining approximate stress intensity factors of straight cracked beams is also proposed. It takes into account the elastic crack tip stress singularity while using the elementary beam theory. The results are in reasonable agreement with the more accurate calculations.     

On the modal equations of large amplitude flexural vibration of beams,plates, rings and shells

In a simple and straight forward manner the modal equations applicable for the large amplitude flexural vibrations of plates and shells are obtained by the Lagrange's method. These equations can easily be specialised to obtain the corresponding equations applicable for beams and rings. The basic nature of the modal equations for beams and plates on the one hand and rings and shells on the other hand are shown to exhibit hard and soft spring characteristics, respectively.