空间钢支撑框架损伤诊断研究

为诊断空间钢支撑框架的损伤,提出了两阶段损伤诊断法.该方法综合了损伤定位向量法和特征灵敏度分析.推导了空间梁、柱和支撑单元的特征应力计算公式,定义了连接单元的特征应力,推导了模态参数差量对结构模型参数的一、二阶灵敏度和梁端连接损伤的梁单元刚度矩阵.完成了一个空间钢支撑框架模型损伤诊断试验,模拟了支撑损伤和连接损伤的7种损伤模式.采用力锤激励方式,使用特征系统实现算法识别模态参数;使用损伤定位向量法判定可能损伤单元,采用二阶特征灵敏度分析确定可能损伤单元的损伤程度.结果表明,当杆件或连接损伤达到一定程度时,两阶段损伤诊断法能有效诊断损伤.     

骨疲劳损伤研究

和所有人造的结构材料一样，骨在重复载荷作用下也会发生疲劳 断裂.近年来,在骨疲劳损伤领域的研究已取得较大发展.本文综述了骨 疲劳损伤的一些共同性研究课题,重点包括骨疲劳损伤的特性,基于骨疲 劳微裂纹的损伤评估模型及骨疲劳行为的实验研究结果等.最后提出要 更好理解骨疲劳损伤,修复和再生行为仍然有大量的研究工作需要开展.     

复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型

针对复合材料层合板低速冲击损伤问题,提出了一种各向异性材料连续介质损伤力学模型,模型涵盖损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3 个方面. 通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐标系下的材料损伤本构关系. 损伤起始由卜克(Puck) 失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,服从基于材料应变能释放的线性软化行为. 模型区分了纤维损伤和基体损伤,并根据冲击载荷下层内产生多条基体裂纹继而扩展至界面形成层间裂纹(分层) 的试验观察,引入基体裂纹饱和密度参数表征层间分层. 以[0₃/45/-45]_S 和[45/0/-45/90]_4S 两种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了连续介质损伤力学模型的有效性.模型在不同网格密度下的计算结果表明单元特征长度的引入可以在一定程度上降低损伤演化阶段对网格密度的依赖性.      

基于曲率的静定梁两阶段损伤识别方法

提出了基于静态弯曲的静定梁两阶段损伤识别方法.首先,分别给出了利用梁弯曲的测量挠度和测量应变计算曲率的公式,提出了根据梁损伤前后的相对曲率差识别损伤位置的方法;在此基础上,给出了利用模拟退火算法确定损伤程度的方案,从而完成静定梁的损伤位置和程度的识别.为验证所提方法的正确性和有效性,数值模拟了简支梁的损伤识别,考察了损伤位置和程度以及测量噪声等对损伤识别结果的影响.数值算例结果表明:损伤位置的首先确定减少了损伤程度识别过程中的损伤状态参数;噪声对基于测量挠度的损伤定位影响较基于测量应变的损伤定位影响更为显著;当测量噪声不超过5%时,损伤程度识别结果具有较高的精度和较强的鲁棒性.     

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.      

基于时间序列分析的结构损伤特征提取与预警方法

基于在线监测数据的损伤诊断是结构健康监测的核心课题之一.本文基于时间序列分析ARMA模型探讨了结构损伤特征提取和损伤预警的实现方法.首先对监测数据建立ARMA模型,并基于模型中自回归部分参数,采用主成分分析的方法提出了新的结构损伤特征指标.然后采用t-检验考察该指标在损伤前后是否存在显著性的变化,从而可以有效地实现结构损伤预警.三跨连续梁数值算例表明,本文提出的损伤特征指标对结构的微小损伤具有敏感性,具备结构在线实时损伤预警的应用价值.     

海洋平台损伤诊断研究

结合动力学和有限元方面的知识,以杭州湾跨海大桥海洋平台为背景,分别从固有频率和应变能损伤因子两个方面对损伤进行评估和定位.然后基于平台的工作环境,考虑了波浪力、水流力和阻尼等作用因素,进行了非线性动力响应分析,根据位移和截面应变变化率的变化情况进行损伤诊断.同时从概率论的角度上考虑了随机波浪力荷载,通过对所测波浪力荷载的统计,算出功率谱密度函数,然后计算了此荷载下结构的动力响应,并用应变均方根的变化值来检测结构的损伤和损伤程度,最后为今后大型海洋平台的损伤诊断提出建议和方法.     

轴对称壳体结构损伤识别方法研究

在对结构健康监测中的损伤识别方法进行调研与总结的基础上,针对某轴对称壳体结构开展损伤识别的动力识别方法研究.作者利用数值模拟技术评估了常用的动力损伤识别方法的有效性,选取出对研究对象损伤识别敏感量并实验验证指标识别有效性.进而在标识量敏感性分析的基础上,针对原有指标不足之处,提出了新的敏感指标,并与原有指标通过数值模拟对比验证其识别效果优越性.     

含热冲击预损伤的陶瓷基复合材料损伤本构模型

陶瓷基复合材料结构在服役过程中不可避免地经受热冲击(较高的热应力梯度)而产生热机械损伤, 因此, 建立含循环热冲击预损伤材料的损伤本构模型, 以描述材料在热机械载荷作用下的力学行为, 对材料结构损伤容限设计与结构完整性评估非常重要. 本文首先对经历了循环热冲击的材料进行单调拉伸损伤实验, 发现对于含循环热冲击预损伤的材料, 其弹性模量的下降与所施加的应变直接相关. 然后在连续介质损伤力学的框架下, 基于平面应力假设, 建立了含循环热冲击预损伤材料的损伤演化模型, 该模型所涉及的参数可通过一个偏轴(45$^\circ$)以及两个正轴(平行于两个主方向)的单调拉伸试验获得. 最后, 采用经典塑性理论对由基体损伤引起的非弹性应变进行了描述. 本文所提出的应变损伤宏观模型可以描述陶瓷基复合材料在热机械载荷作用下的损伤演化, 同时弥补了含预损伤的陶瓷基复合材料在机械载荷下损伤本构模型在理论及实验研究方面的不足.      

结构损伤识别的非线性解析法

本文在直接解析法的基础上,进一步提出结构损伤识别的非线性解析法.它与直接解析法不同之处是:考虑了频率和振型对损伤参数的二阶偏导数项,以此构造损伤参数为未知量的超定非线性方程组.求解该方程组可以一次性得到全部损伤参数值.本方法不仅具有直接解析法的优点,而且由于构建方程组时增加了损伤参数的二次项,极大地提高了损伤识别的精度.最后,通过对一个五层框架结构进行数值模拟分析验证了该方法的可行性,同时经过比较计算结果表明:在损伤识别中,非线性解析法在精度及节省计算工作量上明显优于直接解析法.     

含热冲击预损伤的陶瓷基复合材料损伤本构模型

陶瓷基复合材料结构在服役过程中不可避免地经受热冲击(较高的热应力梯度)而产生热机械损伤,因此,建立含循环热冲击预损伤材料的损伤本构模型,以描述材料在热机械载荷作用下的力学行为,对材料结构损伤容限设计与结构完整性评估非常重要.本文首先对经历了循环热冲击的材料进行单调拉伸损伤实验,发现对于含循环热冲击预损伤的材料,其弹性模量的下降与所施加的应变直接相关.然后在连续介质损伤力学的框架下,基于平面应力假设,建立了含循环热冲击预损伤材料的损伤演化模型,该模型所涉及的参数可通过一个偏轴(45°)以及两个正轴(平行于两个主方向)的单调拉伸试验获得.最后,采用经典塑性理论对由基体损伤引起的非弹性应变进行了描述.本文所提出的应变损伤宏观模型可以描述陶瓷基复合材料在热机械载荷作用下的损伤演化,同时弥补了含预损伤的陶瓷基复合材料在机械载荷下损伤本构模型在理论及实验研究方面的不足.     

混凝土化学-力学耦合作用的非局部损伤模型

提出了混凝土化学损伤和力学损伤的耦合模型.用损伤变量表示的本构关系模拟混凝土力学性能.分析了化学侵蚀下混凝土损伤发展过程.研究表明,应力软化造成混凝土局部损伤是结构失效的根源.局部化学损伤出现的时候,平衡微分方程不能满足.为了解决这个问题,采用了非局部损伤模型.试验和有限元计算结果表明,混凝土化学-力学耦合作用的非局部损伤模型能够较好地描述受化学侵蚀与荷载共同作用的损伤状态.     

基于矩阵摄动理论识别结构损伤的筛选法

定义了结构有限元模型中的单元损伤识别参数,建立了基于矩阵摄动理论的结构损伤识别方程,结合结构损伤的特点,提出了求解损伤识别方程的筛选法,该方法可以避免优化方法和迭代方法在未损伤单元上出现的"伪损伤"现象.通过一架五跨平面桁架损伤识别的数值仿真结果,证明了该方法的有效性与优越性.     

脆性损伤材料裂纹尖端的局部解

本文利用Mazars和Lemaitre提出的混凝土脆性损伤模型,求得了裂纹尖端应力、应变及损伤的局部解.对手Ⅲ型及不可压缩平面应变Ⅰ型裂纹,其尖端场的构造和理想塑性材料相类似.指出由于丧失了应力全连续条件,从而损伤边界不能由局部解定出.     

基于摄动法分析重力坝损伤的概率密度演化过程

提出了一种对重力坝进行损伤概率演化过程分析的方法.首先,使用虚拟激励法和Mazars损伤模型分析了初始迭代过程中,在坝体在确定性静力荷载和随机的地震荷载激励下的重力坝损伤因子期望值与方差的计算;然后基于摄动法分析了在其余迭代过程中,重力坝损伤因子的概率密度演化过程.最后,给出了实例分析,并分析了坝体的损伤分布情况以及本...     

纯铜—维动态损伤研究

在Johnson方法的基础上,本文采用细观方法提出了一个延性材料动态损伤模型.模型中考虑了材料的硬化、应变率效应和惯性效应.同时进行了纯铜一维层裂实验,对软回收试件进行了显微金相和定量金相分析,观察到了一些有意义的力学现象.利用一维Lagrange 有限差分动力学程序,采用本文提出的损伤模型对纯铜的层裂过程进行了数值模拟,得到了比较满意的结果.     

含初始损伤岩石的冻融损伤试验研究

在实际工程中,岩石大多是含初始损伤的,分析含初始损伤岩石的力学性能有重要的工程意义.预先统计岩石试块的初始抗压强度,然后根据其抗压强度给岩石试块施加压力.分别施加了极限抗压强度的10％、30％、50％、70％、80％、90％,以形成不同的初始损伤.然后通过低温冻融实验和单轴压缩实验,将岩石在传统循环荷载作用后的损伤与低温冻融损伤进行比较,得出这两种损伤的异同点,建立了岩石材料在不同环境条件下的损伤表达式,研究了初始损伤对岩石冻融的影响,对今后估测含初始损伤岩石的冻融寿命有一定参考价值.     

环境激励下Benchmark结构损伤识别的试验研究

针对结构健康监测中如何利用在线监测数据进行健康诊断的问题,基于时间序列分析提出了一种新的损伤识别方法.首先,获得结构健康状态的监测数据作为参考状态样本,对各数据样本建立ARMA模型并计算模型残差的方差.然后,将未知状态的监测数据作为待检状态样本,代入已建立的参考状态ARMA模型计算新的残差方差.计算发现,损伤前后两状态模型残差方差存在差异.因而,提出以残差方差之比作为损伤敏感特征,并建立基于F分布的假设检验来辨识结构的状态并预警损伤.最后,以Benchmark结构在环境激励下的试验为例,运用本文方法进行了损伤识别研究.结果表明,基于ARMA模型残差方差的损伤敏感特征可准确地区别结构的健康状态和损伤状态,具备结构在线实时损伤识别的应用价值.     

结构损伤的非概率区间识别方法

基于结构时域加速度响应,利用区间分析方法对具有外界激励和测量数据不确定性的结构系统进行损伤识别.不确定性量被处理为有界区间数,基于参考有限元模型和被测加速度响应,经过提出的两步模型参数的区间修正方法分别得到了未损伤和损伤结构区间模型,进而通过定义的PoDE(Possibility of Damage Existence)确定了结构各单元的损伤可能性.最后以十杆平面桁架系统为例,对区间方法与概率方法的损伤识别结果进行对比,讨论了损伤程度和不确定度对识别结果的影响,结果表明了本文方法的可行性与有效性.     

海洋平台碰撞和损伤分析的进展

本文详细综述了平台结构的碰撞和损伤分析.十儿年来,在这一领域内提出了许多有用的概念和切实可行的分析方法.文中介绍了分析碰撞和损伤的各种方法,并介绍和比较了钢质平台的能量吸收模型.