网壳结构健康监测中的传感器优化布置

针对网壳结构健康监测提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置的方法.由于模态数目的选取对基于损伤灵敏度分析的传感器优化布置有很大的影响,因此本文建立了一种同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的Fisher信息矩阵,并选取合适的模态数目,然后发展了一种以信息矩阵最大和条件数最小为准则的多目标优化算法.空间网壳数值算例表明,本文提出的传感器优化方法能简单、有效地为空间结构传感器优化布置提供可行方案.     

结构健康监测系统中传感器优化布置组合算法

在对结构健康监测中的传感器优化布置方法进行调研和总结的基础上,针对薄板、壳结构开展传感器优化布置的研究.提出了一种有效的传感器优化布置组合算法,由模态动能法、模态保证准则、遗传算法组合而成.该方法所得的传感器位置主要位于动态响应比较大区域,有利于提高信噪比;同时能够有效地保证模态振型的独立性,可以较完整地获得结构模态信息.针对这种组合算法的有效性采用简易机翼模型从数值计算和实验两方面进行了验证.     

含压电材料智能结构动态特性的研究

本文推导了含压电材料智能结构有限元动力方程,讨论了智能结构系统的动态特性,得到了模态形状和相应的模态电压以及考察了具有分布的压电传感器和执行器的四边简支方板的各阶固有频率随以馈增益的变化规律,这些结果将在智能结构控制的优化设计中起到了很大的作用。     

作动器/传感器优化配置的研究进展

给出了作动器／传感器优化配置问题的数学描述,综述了作动器／传感器优化配置方法的发展现状．阐述了振动控制和模态试验中作动器／传感器优化配置的关系．并给出需要进一步研究的几个问题      

基于主列筛选的动态测试传感器配置方法研究

动态测试是获取结构真实动态特性的重要手段之一,传感器配置对于保证动态测试数据的信息量有着重要的影响. 尤其是对以试验模态分析为目标的动态测试,传感器配置对于模态分辨率更是决定性因素. 在振型独立性的基础上,提出了一种基于主列筛选的传感器配置方法. 与现有的逐步累积类或逐步消减类方法相比,该方法无需迭代,一次选择所有测试自由度,计算量小. 为了量化比较传感器配置的效果,定义了4个度量指标. 采用卫星天线模型进行了数值仿真,结果验证了基于主列筛选的传感器配置方法的有效性.      

密集模态挠性结构传感器/作动器的优化配置

在适当的假设条件下,推导出了压电作动器产生的弯矩与输入电压的关系式及压电传感器输出电压与输入弯矩的关系,进而得到H型密集模态挠性板模型的状态空间表达式,并由此模型出发,采用一种基于能量的传感器/作动器的优化配置策略,该准则可以很自然地研究整个动态模型的可控性和可观性,进而确定传感器/作动器的位置。针对H型密集模态挠性板振动主动控制的数值仿真表明了该准则的有效性。     

压电质量传感器检测灵敏度分析

压电质量传感器是一种利用压电谐振器对质量的敏感性,通过谐振器吸附待测物后频率的变化实现对被测物质进行检测的传感器。由于附着物质引起的质量变化很小,因此测试精度将强烈依赖于结构频率对质量变化的敏感程度,而敏感程度与传感器感知部分的几何尺寸密切相关。本文主要研究压电材料悬臂梁式质量传感器的检测敏感度分析问题,推导传感器自振频率变化对质量变化的灵敏度与传感器各部分结构几何尺寸设计参数依赖关系的计算格式,并讨论了结构尺寸、截面形状以及谐振模态对传感器检测灵敏度的影响。     

利用线性模型估计的传感器优化布置算法

提出了一种基于线性模型估计的传感器布置算法.首先根据线性模型估计理论,将待监测的目标模态振型视为线性模型的设计矩阵;然后利用奇异值分解的算法,将设计矩阵分解,根据分解的前几个左奇异向量来计算各个自由度对于目标模态振型的贡献;用迭代算法来求出最优的传感器布置方案;最后,用两个算例表明该方法的有效性.     

智能板振动控制的分布压电单元法

提出了一个用于振动控制的分布压电单元法，该方法中采用将分布压电传感器和致动器分割成若干相互独立的单元的方法，来设计压电模态传感器与压电模态致动器．压电模态传感器所观测的模态坐标和模态速度，可从各传感单元的输出电荷及电流中提取出来；而压电模态致动器则通过调制施加于其上的电压的空间分布来实现．在此基础上对智能板进行了模态控制     

斜拉索模态试验参数研究

试验模态分析是斜拉桥索力测试中广泛应用的方法。该方法的关键之一是采取合理的试验方案获取可靠的响应信号以识别出正确的索振动频率。本文通过试验,详细讨论了斜拉索模态测试中若干试验参数,如激振类型、激振位置、传感器位置以及频率分辨率对试验结果的影响;比较环境激励与锤击激励的效果,验证了环境激励的方法也可以准确识别索的频率;最后给出了较为合理的斜拉索模态试验方案,用该方案确定的索力与理论计算结果相差不超过 1. 5%。     

分布振子复合板的模态阻尼及多点激励下阻尼减振相关性

分布阻尼振子可拓宽结构减振频带,因此可将振子分布于板中以形成复合板（简称“分布振子复合板”）,进而实现较宽的减振频带．对于多点支撑处受到宽频非一致激励（例如在不同激励点处的激励频率、幅值与相位有差异）的分布振子复合板,目前还缺乏有效简便的优化控制指标．在作者之前的研究中,针对含分布振子的梁推导了基于模态应变能的模态阻尼计算理论,讨论了模态阻尼与单点激励下梁的减振效果的相关性,并应用于宽频减振设计优化．本文进一步将模态阻尼计算理论推广到分布振子复合板,并将研究从梁的单点激励扩展到板的多点非一致激励下的阻尼减振相关性．首先,在利用模态应变能法推导得到分布振子复合板的模态阻尼计算公式后,从理论上讨论了不同边界条件与模态阶次对计算结果的影响,以及计算理论的适用性．而后,进一步通过有限元参数分析了边界条件、频率比、模态阶次与质量比的影响．最后,通过算例分析了无振子板或分布振子复合板在四个激励点具有多种幅值与相位组合情况下的稳态响应．结果表明,推导的模态阻尼计算公式可正确预测不同边界条件下的模态阻尼,且理论预测的模态阻尼与基板的稳态平均加速度减小率、稳态峰值应变能减小率均有较高的相关性．     

Active feedback control of a beam subjected to a nonconservative force

This study examines the possibility of controlling through feedback a thin cantilevered beam subjected to a nonconservative follower force. A converging frequency flutter instability which occurs in this model is similar to classical bending-torsion flutter of an aircraft wing. Because of the similar nature of the instabilities, the beam under the follower force can be a useful vehicle for investigating the fundamental aspects of stabilization of wing flutter by feedback control. A modal approach is used for obtaining the mathematical model and control laws. A standard root locus technique for simple analytical models is also used to understand and explain the control of the beam. Experiments are carried out to verify the validity of this theoretical model. Good correlation is shown between theoretically and experimentally determined stability boundaries as well as for modal frequency and damping variation with follower force.     

FREE VIBRATION OF TAUT CABLE WITH DAMPER AND PARALLEL SPRING

分析了拉索-并联弹簧-阻尼器系统的自由振动特性,由系统的运动方程及边界条件 得到其复特征值方程。进一步研究了系统的极限解,由此讨论了拉索-并联弹簧-阻尼器系统的模态变化分区现象。以拉索-并联弹簧-阻尼器系统的二阶模态解为例,给出了模态频率和阻尼比的变化分布区间及其对应振型的变化情况。讨论了系统分区中存在的模态交叉现象;同时也讨论了斜拉索垂度对于一阶振动模态变化规律的影响。研究表明拉索-并联弹簧-阻尼器系统的振动模态演化因并联弹簧-阻尼器的位置不同而存在的明确的分区现象;安装并联弹簧和阻尼器后拉索的模态阻尼比和模态频率均可明显提高。     

土-结构相互作用体系合成模态阻尼比的振动台模型试验研究

本文籍振动台模型试验。研究了SSI体系的合成模态阻尼比问题。文中首先阐明了在SSI体系直接动力分析中应采用合成模态阻尼比的观点。研究了合成模态阻尼纟的实测确定方法。并在不同工况下，通过对模型不同部位测点的传递函数，基本频率，基本合成模态阻尼比等实测数据考虑，验证了SSI体系合成模态的存在性，合成模态阻尼比与相同应变下不考虑相互作用的单纯地基土体或刚性地基结构阻尼比的差异性及其在递增动力作用下的变化规律。     

DYNAMICS OF MOORING CABLES IN RANDOM SEAS

The dynamic analysis of a catenary mooring cable due to random motion of an offshore platform is performed in the frequency domain. The nonlinear fluid-drag force is linearized using the statistical linearization technique. A previously developed numerical procedure based on converting a boundary value problem to an equivalent set of initial value problems is utilized to solve the problem, which avoids the need for modal analysis. The method is found to be versatile for the determination of spatially varying drag and the analysis of composite cables in a unified manner. The influence of current on drag damping has also been investigated. The effect of seabed friction damping has also been incorporated in the linearized analysis.     

聚苯胺体系电流变流体的阻尼机理及阻尼模型研究

对聚苯胺体系电流变流体在正弦信号作用下的阻尼力响应及其频谱特性进行了理论和实验研究。提出电流变流体的非线性阻尼力的频谱是由基频和频率为基频奇数倍的高次谐波分量组成。建立了由粘性阻尼和迟滞阻尼组成的电流变流体阻尼模型，通过对模型的傅立叶变换及数值仿真，验证了理论分析及阻尼模型的正确性。     

High-order layerwise mechanics and finite element for the damped dynamic characteristics of sandwich composite beams

A high-order discrete-layer theory and a finite element are presented for predicting the damping of laminated composite sandwich beams. The new layerwise laminate theory involves quadratic and cubic terms for approximation of the in-plane displacement in each discrete layer, while interlaminar shear stress continuity is imposed through the thickness. Integrated damping mechanics are formulated and both laminate and structural stiffness, mass and damping matrices are formed. A finite element method and a beam element are further developed for predicting the free vibration response, including modal frequencies, modal loss factors and through-thickness mode shapes. Numerical results and evaluations of the present model are shown. Modal frequencies and damping of sandwich composite beams are measured and correlated with predicted values. Finally, parametric studies illustrate the effect of core thickness and face lamination on modal damping and frequency values.     

Study of the effects of cubic nonlinear damping on vibration isolations using Harmonic Balance Method

In the present study, Harmonic Balance Method (HBM) is applied to investigate the performance of passive vibration isolators with cubic nonlinear damping. The results reveal that introducing either cubic nonlinear damping or linear damping could significantly reduce both the displacement transmissibility and the force transmissibility of the isolators over the resonance region. However, at the non-resonance region where frequency is lower than the resonant frequency, both the linear damping and the cubic nonlinear damping have almost no effect on the isolators. At the non-resonance region with higher frequency, increasing the linear damping has almost no effects on the displacement transmissibility but could raise the force transmissibility. In addition, the influence of the cubic nonlinear damping on the isolators is dependent on the type of the disturbing force. If the strength of the disturbing force is constant and independent of the excitation frequency, then the effect of cubic nonlinear damping on both the force and displacement transmissibility would be negligible. But, when the strength of the disturbing force is dependent of the excitation frequency, increasing the cubic nonlinear damping could slightly reduce the relative displacement transmissibility and increase the absolute displacement transmissibility but could significantly increase the force transmissibility. These conclusions are of significant importance in the analysis and design of nonlinear passive vibration isolators.     

空间结构耦合模态控制及实验研究

智能结构以主动元件为传感器和驱动器,根据结构的动态响应和控制要求,自适应地改变结构的动态性能,实现结构特性的自调节功能,以增强结构适应于外界环境变化的能力.结构振动主动控制方法中常用的模态空间控制方法,就是将系统方程转化到模态坐标下,从而得到内部解耦的以模态坐标表示的方程组,然后根据一定的控制方法,计算出模态控制力,实现实时控制.该方法计算简单,效率高,能满足实时控制的需要.本文根据一个三层智能结构主动控制实验,介绍了耦合模态控制理论及实现方法,设计并阐述了压电主元杆件的工作原理,根据Riccati方程得到了主元杆件的最优布置.通过对实验数据运用五点滑动平均平滑法进行处理分析及频谱分析可以看到,智能结构通过主动控制,对相应的控制模态位移及加速度有很大的抑制作用,对应的模态阻尼系数得到了不同程度的提高.     

基于时间响应函数的结构阻尼识别方法比较

研究了3种基于时间响应函数的结构阻尼识别方法, 包括对数衰减法、希尔 伯特方法和小波方法. 给出了3种方法的实现算法, 分析了对密集模态的识别能力. 构造仿真算例, 采用3种方法识别了5{\%}, 10{\%}和30{\%}噪声条件下的模态阻尼. 结果表明, 小波方法比对数衰减法和希尔伯特方法具有更好的噪声鲁棒性. 采用小波方法分析了润扬大桥结构健康监测系统获得的实测数据, 识别出了润扬大桥悬索桥前6阶模态参数, 第2阶和第3阶模态频率相差仅为0.015\,Hz. 研究表明, 小波方法具备噪声条件下密集模态的识别能力, 是工程中阻尼识别的优选方法.