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.     

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.     

基于改进遗传算法主动柔性结构压电元件位置优化

基于改进的遗传算法提出了一种解决多压电片布置在柔性结构上以实现振动主动控制的有效方法.本文采用D优化设计准则,即把Fisher信息矩阵行列式最大值作为目标函数的一种优化方法.通过对结构模态振型和动力特性的研究,使用一种简单的方法将所选择的低阶模态振型转化为归一化形式,最后通过结构模态振型可确定压电片最优位置.为了达到更好的振动控制效果,压电片布置在结构模态应变最大位置处.当在结构不同位置上布置压电片时,结构各阶模态振型也将随之发生不同程度的变化.本文建立了ANSYS软件和遗传算法的接口来实现对结构的模态重分析,从而提取各阶模态振型.     

基于简化模型的超高层结构传感器优化布置

对于自由度较多的超高层结构,传感器优化布置时应考虑多阶模态振型.由于存在空间耦合振动,根据振型质量参与系数难以准确选择出结构弱轴方向的高阶振型.基于等效刚度参数识别法,本文提出了一种将有限元模型沿弱轴方向先简化为等效串联多自由度体系,然后根据简化结构的物理参数来计算弱轴方向振型矩阵的方法,有效地解决了这一问题.以某超高层结构为例,根据计算得到的系统振型矩阵,首先由其转置的列主元QR分解得到传感器的初始布置方案,然后以模态置信度(MAC)矩阵的最大非对角元为目标函数,采用逐步累积算法逐步增加可降低此初始布置MAC非对角元的结构自由度,并考虑经济性因素,最终确定出了传感器的布置方案.     

含参屈服准则统一形式及三种常用屈服准则的关系

本文通过分析三个主剪应力，建立一种新的含参屈服准则统一表达式，讨论了三种常用屈服准则之间的关系．     

基于静力残余力向量的结构损伤评估方法

残余力向量法是一类常用的损伤识别方法,现有的残余力向量法都是基于动力测试的模态参数,和动力测试数据相比,静力测试数据往往精度更高,且无需模态分析等复杂操作.鉴于此,本文提出一种静力残余力向量法用于结构损伤评估.所提方法利用静力测试位移数据,并结合结构有限元模型的刚度矩阵,定义了静力残余力向量,根据该向量中不为零的元素来判断损伤自由度,再根据自由度和单元之间的对应关系来确定发生损伤的位置,并进一步提出一种求解损伤参数的代数解法.另外,针对实践中角位移难以测量的情况,进一步提出了一种静力缩聚残余力向量法,拓宽了所提方法的应用范围.以桁架结构和梁结构模型为例对所提方法进行了验证,数值算例结果说明所提方法合理有效.     

天线结构优化设计的准则法

本文提出了一种有效的结构优化方法——导重准则法。它严格按照极值理论推出结构最优的准则,克服了虚功准则法的缺陷(忽略了设计变量变化所引起的载荷的变化),因而能很快收敛到更优的解。本法比一般准则法更进一步的是:不仅可以对桁架杆截面或抗剪板厚度进行优化,而且可以优化节点坐标(梁高与环半径),两者同时优化可得到更优的解。通过几个天线结构的优化计算,证实本法收敛很快,只需几步就能得到工程上足够满意的设计。     

埋入式封装的光纤光栅传感器应变传递分析

推导了布拉格光纤光栅传感器所测应变与实际结构应变的关系,得出了平均应变传递率并与实际试验结果进行比较. 根据应变传递率确定了光纤的临界粘接长度，并推导了多层粘接时的应变传递情况，讨论了影响应变传递率的因素. 结果表明，光纤光栅的粘贴长度必须大于临界粘贴长度，且光纤光栅传感器所测应变需要加以修正才能得到实际结构应变.     

结构随机动力稳定性的定量分析方法

提出了结构随机动力稳定性的定量分析方法,讨论了经典的随机动力稳定性概念,指出结构动力稳定性不仅与结构参数有关,也与作用在结构上的外部载荷密切相关,据此引入了一种判定结构动力稳定性的新准则,明确了结构随机动力稳定性的基本涵义.在概率守恒原理基础上,推导了概率耗散系统的广义概率密度演化方程.引入结构动力失稳的物理机制作为引起概率耗散的驱动力,利用概率耗散系统概率密度演化方程、可以方便获得结构响应的概率密度演化过程,从而定量求解结构的动力稳定概率.据此,可以定量评价结构系统依概率为1或依给定概率意义上的结构随机动力稳定性.采用本文所建议方法对典型结构动力系统进行了随机动力稳定性分析,并与蒙特卡洛方法计算结果进行对比.数值结果表明了所建议方法的有效性.      

基于改进猴群算法的传感器优化布置方法研究

提出了一种基于新型智能算法一改进猴群算法的传感器优化布置方法.考虑传感器优化布置的特点,采用整数编码的方式给出了猴群的位置,克服了猴群算法只能解决连续性变量优化的问题;在初始化猴群位置时通过引入欧氏距离来增强猴群的多样性,以提高其全局搜索能力;并在爬过程中加入和声算法中的随机扰动机制,来提高其局部搜索能力;文末以大连世贸大厦为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择.结果表明,改进的猴群算法能较好地解决传感器优化布置问题,较经典的序列法有其明显的优越性.     

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.      

图像融合质量定量评价方法

建立了一套对图像融合质量进行定量评价的方法和准则。其中,对于相同传感器源的图像,利用标准参考图像,选取均方误差、峰值信噪比、参考图像,以及融合图像的信息熵差、互信息作为客观评价指标;对于不同传感器源图像,选取融合图像的标准差、空间频率、信息熵以及融合图像与两源图像的互信息之和作为客观评价指标。应用此方法和准则对基于离散小波框架、基于可操纵方向金字塔变换和基于双树复小波变换三种平移不变性的图像融合方法进行了客观定量评价。实验结果表明,基于可操纵方向金字塔变换的融合方法效果最好,然后是基于离散小波框架的融合方法;基于双树复小波变换的融合方法其性能与前两种接近,且其冗余性最小。     

Finite Element Model Tuning with Spatially-Dense 3D Modes

An investigation into varying the spatial density of three-dimensional (3D) modes in order to accurately tune a finite element (FE) model to larger numbers of modes is conducted. This FE model tuning approach is evaluated on a 60,000+ FE degree of freedom (DOF) model of the United States Air Force Academy’s fifth small satellite, FalconSAT-5 (FS-5), structural engineering model (SEM). The evaluation of this FE model tuning approach starts with the collection of natural frequencies and 3D modes extracted from scanning laser Doppler velocimeter (LDV) frequency response function measurements at 2,165 closely-spaced points on the surface of the test article. The measured modes and their associated natural frequencies serve as target values in a gradient-based tuning approach. The FE model is tuned to have differences with the measured natural frequencies less than 2% and in many cases cross-orthogonality values greater than 0.90. Using both a QR-decomposition and the Triaxial Effective Independence (EfI3⁺) sensor selection strategies, the effect of adding more tuning points on tuning accuracy is studied. This study demonstrates that increasing the number of experimental data points using the EfI3⁺ sensor selection strategy for FE model optimization results in increased tuning accuracy.     

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      

DAMAGE DETECTION BASED ON OPTIMIZED INCOMPLETE MODE SHAPE AND FREQUENCY

For the purpose of structural health monitoring, a damage detection method combined with optimum sensor placement is proposed in this paper. The back sequential sensor placement(BSSP) algorithm is introduced to optimize the sensor locations with the aim of maximizing the 2-norm of information matrix, since the EI method is not suitable for optimum sensor placement based on eigenvector sensitivity analysis. Structural damage detection is carried out based on the respective advantages of mode shape and frequency. The optimized incomplete mode shapes yielded from the optimal sensor locations are used to localize structural damage. After the potential damage elements have been preliminarily identified, an iteration scheme is adopted to estimate the damage extent of the potential damage elements based on the changes in the frequency. The effectiveness of this method is demonstrated using a numerical example of a 31-bar truss structure.     

基于字典序整数编号的大型空间智能桁架结构主动杆位置优化

智能计算方法在大型空间智能桁架结构的主动杆优化配置问题中有着广泛的应用。为有效避免传统遗传算法编码方式在算法实现过程中容易出现无效染色体的问题,本文基于字典序整数编号的遗传算法,给出了一个由整数编号还原到对应组合的快速还原算法。利用此方法对空间T型桁架结构的主动杆位置优化进行仿真并与传统编码方法结果进行比较,验证了本文方法的有效性和优越性。     

基于子结构解耦的连接特性识别新方法

连接部件动态特性的准确辨识对预测装配式机械结构的动力学行为有重要意义. 针对传统基于子结构解耦的连接结构动力学特性识别方法难以直接利用可测量数据进行辨识及辨识结果受噪声影响显著等问题, 本文提出了一种新方法. 首先, 提取子结构解耦基本方程在测试自由度上的分量, 并经矩阵变换得到显含连接动刚度矩阵的形式, 而后由真实连接动刚度矩阵分解为已知的初始矩阵与待求的增量矩阵, 推导了具有收敛性质的增量型方程以增强界面自由度较多时辨识的数值稳定性, 并采用多项式拟合动刚度将其转化为了拟合系数的频域估计方程, 按给定准则选取合适的频率点联立方程后, 得到了只需装配体测试自由度上的频响函数来辨识连接特性的迭代公式. 最后, 以若干算例说明了算法的具体流程. 对10自由度弹簧?质量块系统进行了数值仿真, 验证了所提方法的正确性及抗噪性; 对包含一处胶接连接的T形梁结构和包含两处螺栓连接的L形梁结构进行了试验, 所辨识连接结构与残余结构重组的装配体有限元模型计算的频响函数与测量值在较宽频带内吻合较好, 表明了该方法能有效识别实际装配体结构中的连接特性.      

Passive deployment of a tether between two bodies in orbit

The authors consider the problem of deployment in orbit of a small tether that can serve as a standard of length for calibration of both onboard and ground optical and radar tracking systems, as an integrated sensor of the force fields of planets, etc. A tether for two bodies is examined. Possible methods for compact placement of a tether in orbit in operating condition are discussed. The main method is that of use of the centrifugal forces resulting from imparting to the tether an initial angular velocity in its deployment from the spacecraft. Various methods for creating moments of friction forces in hinges are considered. Numerical modeling of the dynamic processes is carried out within the framework of the theory of systems of bodies. Problems associated with determination of the required initial angular velocity and of the “cone of departure” of the tether from the spacecraft are examined. Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 35, No. 10, pp. 87–92, October, 1999.