不确定边界条件下悬臂梁裂纹参数识别方法研究

基于Bernoulli-Euler梁振动理论,以等效弹簧来模拟裂纹引起的局部软化效应和由非完全固支边界条件引起的转角效应。推导了悬臂梁在不确定边界条件下确定其振动频率的特征方程,直接利用该特征方程,提出一种有效估计裂纹参数的优化方法,通过计算测量频率和理论频率之间的误差目标函数最小化即可识别裂纹参数-裂纹位置和深度。最后,应用两个实例-理想固支边界条件下和非完全固支边界条件下的悬臂梁实验来说明本文方法的有效性。实验结果表明:只需梁结构前三阶频率即可识别裂纹位置和深度。对于理想边界条件下的裂纹参数识别,在测量频率存在小误差情况下,该方法仍能给出比较满意的结果,对于非完全固支边界条件下的裂纹参数识别,利用本文方法能得到比Narkis的方法更精确的裂纹位置识别结果。同时本文方法还能给出比较满意的裂纹深度识别结果。     

时变结构的参数识别方法

较详细地叙述了时变结构参数识别方法在国内外的研究进展,指出了这一工作深入研究的理论与实际意义．对其中的典型研究成果,包括自动控制理论领域的研究成果,给出了简要介绍,叙述了将广义系统的识别方法用于结构系统的思路和问题,特别是在线识别技术和神经网络技术．介绍了使用小波理论来识别时变结构参数的新思想．最后简要地展望了这一领域的发展前景．     

基于混合遗传算法的动力系统阻尼参数识别方法

将动力系统阻尼参数识别反问题转化为非线性优化问题处理,提出了基于遗传算法的动力系统阻尼参数识别方法。为了提高简单遗传算法的计算效率和处理早熟问题,将模拟退火算法与遗传算法相结合,建立了混合遗传算法。数值计算结果表明,本文所建立的方法对于求解参数识别反问题和非线性优化问题是非常有效的,并且具有良好的鲁棒性和全局收敛能力。     

区间参数结构平稳随机载荷识别方法

针对贫信息下不确定性结构的随机载荷识别问题,使用基于Taylor展开的区间分析方法,提出了一种不确定性结构随机载荷识别的非概率区间方法。该识别方法在频域中进行,识别时使用区间变量描述工程结构中的不确定性参数。基于测点的响应谱密度函数,首先对不确定性参数的名义值点进行随机载荷识别,其次计算载荷关于不确定性参数的灵敏度,最后基于区间扩张理论获得识别载荷谱的上下界值。算例结果表明,使用区间方法得到的不确定性结构的载荷谱识别区间界值都能完全包含载荷真值,此方法能够在结构设计时给出更为可靠的载荷工况。     

悬臂梁中开闭裂纹的损伤识别

利用裂纹诱导弦挠度函数,建立了悬臂Euler-Bernoulli中开闭裂纹位置、深度、初始张开角等损伤参数的识别方法。为此,首先将梁中开闭裂纹等效为单向扭转弹簧,给出了考虑裂纹缝隙效应的裂纹梁等效抗弯刚度,并得到悬臂Euler-Bernoulli开闭裂纹梁弯曲挠度的显式闭合解及裂纹诱导弦挠度函数,证明了裂纹诱导弦挠度的分段线性函数。其次,基于单向扭转弹簧的性质,建立了通过多步加载进行梁中开闭裂纹参数及其上下侧属性的识别方法。最后,通过数值算例验证了本文所建立的开闭裂纹损伤识别方法的适用性和可靠性,考察了裂纹分布位置、深度和初始张开角以及裂纹识别区间和挠度测量误差等参数对识别结果的影响,结果表明:当裂纹处于张开状态时,裂纹处裂纹诱导弦挠度斜率改变量随着施加荷载的增加而增加;当裂纹闭合时,其裂纹诱导弦挠度斜率改变量将保持为常量;裂纹损伤参数的识别误差随测量误差的增加而增加,但整体识别结果具有较高的精度,较好的鲁棒性。     

子结构物理参数的一种识别方法

本文基于复模态综合和优化技术,提出一种子结构物理参数识别方程。该方法利用复模态综合在广义坐标下建立物理参数识别方程,然后将物理参数识别化为优化问题求解。给出了一台钻床的子结构物理参数识别实例来说明方法的有效性.     

固有频率法评估损伤的阈值研究

通过分析损伤可测性的影响因素,对固有频率法判断损伤阈值的估算方法进行了研究,并以悬臂梁模型为例,应用该方法研究了悬臂梁的损伤阈值. 数值及理论计算的结果表明：在已知频率测量精度及方法偏差时,该方法可以判别固有频率法损伤识别的阈值,在早期损伤阶段,该方法判别的阈值与数值模拟结果吻合良好.     

含多处裂纹梁的振动分析

基于传递矩阵方法,提出了一种计算含有任意处裂纹梁固有频率的新方法。将梁内裂纹模拟为无质量的弯曲弹簧,得到了梁的解析特征方程。通过数值模拟计算,讨论了裂纹数量,以及裂纹位置和裂纹深度对梁的固有频率的影响。通过与文献[4]的计算结果比较,验证了本文方法的有效性。     

高温下编织复合材料热相关参数识别方法研究

为了获取高温下编织复合材料的准确弹性参数与热膨胀系数,提出一种基于均匀化理论的热相关参数识别方法. 首先,在编织复合材料单胞有限元模型基础上,基于均匀化理论和热弹性理论,施加周期性位移边界条件和温度边界条件,预测编织复合材 料的热弹性相关参数. 然后,考虑到等效过程中编织复合材料应力分布不均匀等因素引起的误差,将复合材料精细模型的热模态数据作为补 充信息,识别编织复合材料热相关参数,对预测的材料参数进行校准. 本文在二维编织结构单胞模型基础上,开展等效预测和识别方法研 究,验证所提出方法的有效性和准确性. 对比等效和识别后热模态的误差,结果表明:本文提出的基于等效预测的参数识别方法,能够 准确识别高温下编织复合材料宏观热相关参数.      

基于模态缩减和模态实验数据的结构连接参数识别方法

利用在结构系统可测自由度上获得的不完备模态参数和子结构的有限元模型，根据模态缩减理论，建立了识别子结构间连接子结构参数的优化模型，采用逐次二次规划法求解，改善了测试噪声和模态截断误差的影响。该方法识别精度高、收敛速度快、计算量小，便于工程应用。     

Experiments on crack identification in cantilever beams

In this paper we present an experimental investigation of the identification of crack location and size. By providing the first three natural frequencies through vibration measurements, curves of crack equivalent stiffness versus crack location are plotted, and the intersection of the three curves predicts the crack location and size. In the experiments, the cracked specimens were made using a wire-cut electrical discharge machine, and the cantilever beams were excited next to the free end by means of an impulse force hammer. In order to obtain the accurate natural frequencies from the transient signal measured, the method of zoom fast Fourier transform is adopted to improve frequency resolution. From experimental results, it is observed that the identification errors of crack location and size are less than 2% and 4%, respectively. The effectiveness of crack identification through vibration measurements is verified.     

Proper application of a kind of matrix construction method in physical parameter identification of dynamic model

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｐｈｙｓｉｃｓｐａｒａｍｅｔｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｅｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆａｖｉａｔｉｏｎ,ｓｐａｃｅ,ｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ .Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ ,ｄｕｅｔｏｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ,ｔｈｅｐｈｙｓｉｃｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｕｓｕａｌｌｙａｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｂｙｔｅｓｔｄａｔ…     

A method of online damage identification for structures based on ambient vibration

IntroductionStructuralhealthmonitoringofbridgesandarchitectureshasbeenhighlyinteresting .Whensomebridgesarebuilt,thehealthmonitoringsystemsareinstalled ,whicharemadeupofmanysensors,suchaswindloadingsensors,stresssensorsandaccelerationsensors.Thesesensorscollectagreatdealofinformation .Howtheinformationisusedtoestimatethedamageofbridgestructureandanalyzethedurabilityofbridgestructureisasignificantresearchproblem .Existenceofstructuraldamageswithinstructuresleadstothechangesuchasthevibrationres…     

考虑质量变化的刚架结构损伤识别方法研究

结构构件出现缺口损伤时,伴随着结构质量的减小。为了更精确地识别结构损伤,以折减损伤单元截面积来模拟结构损伤,提出考虑结构质量变化的刚架结构损伤识别方法。该方法首先通过相对模态应变能指标对结构损伤进行准确定位;之后考虑梁单元截面特性变化的特点将单元刚度矩阵进行分解,以多个指标描述单元损伤,从而建立结构损伤程度识别方程,并用最小二乘方法对损伤指标进行求解。数值算例结果表明,本文方法能实现对刚架结构损伤位置的准确定位和损伤程度的精确识别,而且具有良好的抗噪性。     

悬臂梁振动可靠性分析的研究

本文把悬臂梁的固有频率、激振力频率、平均应力、应力幅和疲劳极限处理为随机变量，提出了悬臂梁在强迫振动时不发生共振和疲劳损坏的可靠性分析方法。     

基于静力测量数据的随机梁式结构损伤识别

考虑模型误差和测量误差的影响,用概率的观念给出了静力荷载作用下梁式结构的模型误差和测量误差的定义,在此基础上,建立了关于损伤指数的随机控制方程.结合静力凝聚法和摄动法,给出了关于随机损伤指数的随机方程的求解方法.在获得随机损伤指数的解后,可通过结构损伤的概率定义对梁式结构损伤进行识别.最后利用几个数值算例验证了本文方法的有效性.     

狭长结构拓扑优化

通常的拓扑优化是在给定区域内,通过设计材料分布实现结构拓扑形式优化。对于设计区域的长和宽相近的平面问题,现行的方法可得到清晰的拓扑。但是,狭长结构的设计域具有大的长宽比。为了保证基结构包含足够多的拓扑形式,宽度方向要求有一定量的有限元分割,从而导致整体网格数和设计变量多、问题求解困难。本文提出了通过基本结构拼装的狭长结构拓扑优化方法,建立了以最小平均柔顺性密度为目标、同时设计材料分布和设计域几何尺度的基本结构的拓扑优化问题的数学提法和求解方法。利用所提出的问题提法和求解方法,设计了狭长悬臂梁的拓扑形式,讨论了危险截面的弯矩与剪力的相对值以及材料体积约束对拓扑形式的影响。数值结果表明,不同的弯矩与剪力的相对数值对应不同的拓扑形式,随着相对数值的增加,梁的拓扑形式由类桁架结构逐渐变成竖直立板加强的框架式结构。     

轴向受载的Bernoulli—Euler薄壁梁固有振动和稳定性的理论研究

通过直接求解轴向受载的单对称均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动微分方程,推导了其动态传递矩阵,讨论了轴向载荷的变化对薄壁梁弯扭耦合振动固有频率的影响,并由此得到零频率振动（弹性屈出）发生时相应的轴向载荷,数值结果表明本文方法在其适应范围内是精确有效的。