基于小波变换和模态曲率差的起重机金属结构损伤识别

属于焊接结构的起重机金属结构受交变载荷的影响,随着使用年限的增加,不可避免地会产生裂纹和腐蚀等损伤,从而引发突发性重大断裂事故。为此,基于结构的振动特性及小波变换理论来研究起重机金属结构的早期损伤识别问题,通过改变局部弹性模量模拟不同损伤工况,分析了起重机主梁在不同损伤工况下的动态响应特性。结果表明,小波变换可明显放大不易察觉的损伤突变,模态曲率差具有较好的损伤识别能力,可为起重机金属结构损伤识别提供新的思路。     

基于车桥耦合振动分析的桥梁损伤诊断方法评述

车辆通过桥梁时,桥梁和车辆的动力响应都包含桥梁结构模态或者几何参数信息,对它们进行分析能识别桥梁的模态参数和损伤。结合国内外最新研究成果,综述基于车桥耦合振动分析的桥梁结构损伤识别技术,并与传统识别方法进行比较。指出其优缺点;详细介绍基于灵敏度分析和模型修正的方法、基于结构刚度搜索的方法、利用车辆响应傅立叶变换识别桥梁频率的方法、利用车激桥梁响应的小波变换识别桥梁模态参数的方法以及综合利用车辆和桥梁响应识别桥梁损伤的方法等5种参数识别与损伤诊断方法的基本原理,并总结上述方法的实施步骤和应用时应该注意的问题;指出了该领域的关键问题和进一步的研究方向。     

海洋平台的改进模态应变能损伤诊断方法

为有效提高海洋平台的损伤诊断效果,准确确定损伤位置和损伤程度,针对传统模态应变能(MSE)分析处理过程中易出现的多判、误判等问题,提出基于MSE的改进损伤诊断方法。首先计算实际工况下基于MSE的诊断指标;然后将其分解为多个单损伤工况指标,提取并计算各单损伤工况指标占实际工况指标的权重系数;最后利用权重系数在不同阶模态中的分布差异修正诊断指标,并据此进行损伤诊断。以室内导管架试验平台为例,通过有限元仿真试验进行验证。结果表明:基于改进方法的分析结果与预设的平台结构多损伤工况相符,证明该方法用于海洋平台损伤诊断是有效可行的。     

基于小波包分析的石油井架结构损伤识别试验研究

通过对井架相似模型损伤工况模拟,提取其在承载时的振动响应信号,利用小波包变换方法获得小波包节点能量,得到基于归一化能量特征向量的损伤评价指标。研究表明:该指标可用于井架结构损伤位置的准确识别;将小波包能量分析与振动测试技术相结合的研究方法,为石油井架的损伤识别提供了新思路。     

桥梁安全状态评估有限元模型修正方法

桥梁结构的长期健康监测和安全状态评估需要一个能真实反映结构静动力特性的有限元(FEA)模型,而初始有限元模型与实际结构往往存在误差。提出一种有限元模型修正方法:首先进行环境激励测试,然后用随机子空间(SSI)识别,最后用粒子群算法(PSO)进行优化。以一座模型斜拉桥为例,利用布置在桥梁上的拾振器,测试环境激励下的桥梁的振动信号;采用SSI法对测得的信号模态识别,并用PSO修正有限元模型。结果表明,经过修正,桥梁有限元模型的第1,3,4和5阶频率值与实测信号分析值的误差均减小,能真实反映结构的静动力特性,可用于桥梁安全状态评估。     

给水管道振动信号的小波分析及消振研究

某核发电厂部分蒸汽和给水管道振动情况非常严重 ,以致影响到正常的安全生产。笔者从给水管道的测振出发 ,并利用 3层Daubechise对振动信号进行了小波消噪、滤波、重构处理 ,以找到影响管系振动的激励源的主要频域成分。进而利用比较成熟的结构分析软件ANSYS对管系进行了模态分析 ,得到系统的低阶固有频率和振型。根据管道振动的原因 ,在不改变管系主要特征的基础上 ,给出了简单易行的消振措施 ,实际运行情况表明消振方法效果良好。     

基于正则化频率变化率与神经网络的石油井架结构损伤识别

阐述结构健康监测中损伤识别的关键问题,介绍基于正则化的频率变化率的损伤定位方法,提出一套基于模态参数和神经网络的损伤识别技术。按相似理论建立了JJ160/41-K型井架实物模型,根据其基本结构和受力特点,以JJ160/41-K井架的实物模型为对象进行损伤研究。结果表明:井架模型在局部结构发生变化时整体的固有频率发生改变;将模态分析理论和神经网络方法相结合,可对已定位损伤的井架进行定量分析;通过实例运算验证了其对结构损伤诊断的有效性。     

矿井提升关键机构安全监测与预警系统研究

基于矿井提升机构安全运行的重要性,以新城某矿为研究背景,建立混合井提升关键机构的安全动态监测及预警系统。采用数值模拟方法建立提升机基础有限元模型,并进行模态分析,得出提升机基础的各阶振型频率。对分级加载过程进行时程分析,把最大振动位移达到危险值时的振动加速度作为提升机基础的安全动态监测指标。建立井架有限元模型,分别研究空载静止状态和正常使用极限状态下井架的受力与变形,从而得到井架破坏的临界预警值,以此建立预警系统。结果表明,以临界预警值作为安全性量化指标建立的预警系统能用来对提升机运行过程中产生的故障进行预警,并确定故障所在位置。     

基于频率下降率的结构损伤自适应神经网络识别

笔者探讨了动量系数和学习率自适应调整的神经网络算法及结构裂纹损伤识别特征参数的选取,提出以反映结构损伤位置和程度的频率下降率作为结构裂纹损伤识别的特征参数,利用有限元网格细化法对结构裂纹损伤进行数值模拟,获取训练样本数据,通过自适应神经网络对结构裂纹损伤问题进行识别研究。从结构裂纹损伤识别实例的结果中可以看出,采用频率下降率和自适应神经网络技术对结构裂纹进行损伤识别分析具有较高的精度和可靠性。     

隧道下穿桥梁的桥墩稳定性未确知测度评价研究

为指导隧道安全施工,保证路桥的安全运营,对桥梁桥墩稳定性进行评价,运用未确知理论,建立未确知测度评价模型。结合葵坝隧道下穿盐坝高速路桥的工程实际,选取影响桥墩稳定性的10个指标构造评价指标体系,依据每个桥墩的指标分级标准构建单指标未确知测度函数,确定每个对象的单指标测度矩阵;用熵权法计算各对象指标的权重,进而得到了对象的多指标综合测度向量;并依据置信度识别准则得出12个桥墩的隶属等级和稳定性排序。结果表明:12个桥墩中,除有1个桥墩处于不稳定等级外,其余都处于稳定等级。     

Risk and characteristics analysis of the flow-induced vibration of the dip tube in opposed multi-burner gasifier

The vibration of dip tube in multi-burner gasifier changes the stress at the connection, causing flange seal failures and high temperature gas erosions with heavy economic losses and industrial accidents. This work aims to reveal the dip tube vibration mechanism, with special focus on obtaining the effect of operational parameters on the fatigue damage and long-term stable operation of gasifiers. A three-dimensional numerical simulation of the water-scrubbing cooling chamber was conducted to obtain the excitation source in the flow field. Then a FSI (fluid-structure interaction) transient dynamics simulation was carried out to investigate the vibration characteristics. Two major flow forms were found: a vertical annular flow near the dip tube outlet in the water-scrubbing cooling chamber; and a gas-liquid coupled flow caused by the syngas entrained the liquid. These two unstable multiphase flow forms exerted an energy excitation on the dip tube, resulting in a self-excited flutter. The dip tube vibration was similar to the first mode of a cantilever beam. The peak frequency was less affected by the initial liquid level and the syngas stream inlet velocity, which was close to its own first natural frequency. Note that, the alternating load generated by vibration may cause fatigue damage, which needs to be specifically considered in the design and manufacturing process of opposed multi-burner gasifier.     

基于PCA-ELM模型的露采爆破振动对民房破坏的预测分析

针对露天采矿爆破振动对民房破坏的预测问题,采用主成分分析(PCA)和极限学习机(ELM)方法,选取爆破振幅、主频率、主频率持续时间、灰缝强度、砖墙面积率、房屋高度、屋盖形式、圈梁立柱、施工质量、场地条件10个主要影响因素。引入相关性分析在主成分分析过程中,对相关性高的指标进行降维,把得到的3个综合因子和爆破振幅、主频率、主频率持续时间、砖墙面积率作为输入变量,构建露天煤矿PCA-ELM预测模型。选取露天矿实际爆破过程中测量的100组数据作为模型训练样本,用另外20组数据作为测试样本进行预测。结果表明:对民房破坏影响因素中灰缝强度、房屋高度、屋盖形式、圈梁立柱、施工质量、场地条件之间具有较高的关联度。该模型处理高维数据时较传统的ELM算法具有预测精度高、稳定性好等特点,可准确预测爆破振动对民房的破坏程度,误判率为1/20。     

基于F-R-M法的刚构-连续梁桥施工期结构强度风险分析

为了解决刚构-连续梁桥施工过程中的风险问题,提出了一种神经网络与有限元结合的定量风险分析方法（F-R-M法）。以八盘峡黄河特大桥为工程背景建立有限元模型,运用参数敏感性分析确定出最不利施工阶段的结构强度主要风险随机变量,然后以蒙特卡洛原理为基础,通过径向基（RBF）神经网络计算结构失效概率,最后对桥梁施工风险进行定量分析。结果表明:该桥在最大悬臂状态下,结构应力仿真次数超过 1 000 万次时,梁体在最大悬臂端应力失效概率仅约为 1.17×10-5,失效概率极低。基于参数敏感性的F-R-M法可以快速、较高精度地对高速铁路刚构-连续梁桥施工期结构强度风险进行定量分析。     

露天采矿爆破振动对民房破坏的旋转森林预测模型

针对爆破振动对民房破坏问题,应用因子分析及旋转森林理论,选取爆破振动幅值、主频率、主频率持续时间、灰缝强度、砖墙面积率、房屋高度、屋盖形式、圈梁构造柱、施工质量、场地条件为影响因素。建立基于因子分析的露天采矿爆破振动对民房破坏的旋转森林预测模型。利用现场实测32组爆破数据作为学习样本进行训练。采用回代估计方法进行检验,误判率为1/32。用另外12组爆破试验数据作为测试样本进行预测。结果表明,就爆破振动对民房破坏而言,灰缝强度、房屋高度、屋盖形式、圈梁构造柱及施工质量与其相关程度较高。用模型所得预测结果的误判率为1/6。     

不同墩高下连续刚构桥抗震性能分析

以某大跨连续高墩刚构桥为依托,采用Midas/civil软件建立仿真模型,通过时程分析方法研究双肢薄壁墩参数在地震响应下对高墩连续刚构桥抗震性能的影响。以桥墩高度为主要参数,以模型阵型频率、桥墩墩顶、墩底位移及内力变化三个方面对其抗震性能进行评价。研究结果表明,随着其中一个桥墩高度的增加,桥梁频率不断减小,矮墩墩底及矮墩主梁根部出现内力最大值。随墩高的增加,矮墩内力越来越大,高墩内力逐渐减小。     

不同升温条件TN梁火灾行为的有限元分析

采用有限元法对H型简支钢梁在火灾下的热、结构响应进行模拟，得到了瞬态温度场分布，挠度、轴向变形随温度变化的曲线，构件的耐火时间和耐火温度以及屈曲破坏形态，并与试验结果进行了比较；分析了不同升温条件下钢梁的温度场分布和变形规律；研究了升温速率对钢梁火灾性能的影响。结果表明：火灾升温速率不同时，梁截面呈现出不同的非线性温度梯度；升温速率小，截面温度梯度小，耐火时间长，梁变形主要为热膨胀；升温速率大，环境温度高，截面温差大，耐火温度高，屈曲破坏时能承受的挠度也大，但耐火时间短，梁变形为热膨胀和热弯曲的组合。     

不同升温条件下钢梁火灾行为的有限元分析

采用有限元法对H型简支钢梁在火灾下的热、结构响应进行模拟,得到了瞬态温度场分布,挠度、轴向变形随温度变化的曲线,构件的耐火时间和耐火温度以及屈曲破坏形态,并与试验结果进行了比较;分析了不同升温条件下钢梁的温度场分布和变形规律;研究了升温速率对钢梁火灾性能的影响.结果表明:火灾升温速率不同时,梁截面呈现出不同的非线性温度梯度;升温速率小,截面温度梯度小,耐火时间长,梁变形主要为热膨胀;升温速率大,环境温度高,截面温差大,耐火温度高,屈曲破坏时能承受的挠度也大,但耐火时间短,梁变形为热膨胀和热弯曲的组合.     

考虑人因差错影响的结构可靠度计算方法

通过对单个或任意多个人因差错影响下构件截面失效概率计算方法的分析讨论,推导出在理想已知条件下的数学解析求解公式;在考虑人因差错对结构参数影响程度的空间离散化后,得出了相应的简化计算方法;并以一个单筋梁的正截面为例进行了失效概率计算和人因差错影响程度分析.在目前人因差错的发生及其影响规律的研究不完善、缺乏必要的数学模型的现实条件下,该方法对人因差错影响下构件截面失效概率的分析计算有一定的实用价值.     

薄膜结构风致振动研究进展

薄膜结构具有质量轻、刚度小、自振频率低的特点 ,因而属于风敏感结构。作用在薄膜结构上的风荷载 ,除与气流本身的特性有关外 ,还与结构在风荷载作用下的位移、速度、加速度等有关 ,从而引起附加的气动力。因此 ,在研究薄膜结构的风致振动时 ,必须考虑流固耦合作用。笔者对薄膜结构的风振研究方法进行了总结 ,主要介绍了简化气弹力学模型方法及简化流体力学解析模型方法 ,并分别用于分析小于临界风速时结构的反应和确定结构的颤振临界风速。     

基于二阶矩法的钢筋混凝土连续梁可靠度分析

根据结构可靠性理论,运用应力-强度干涉模型,考虑随机参数服从正态分布情况下的影响,构建连续梁在强度失效模式下的可靠性模型,应用二阶矩法通过数值分析计算结构的可靠指标,得出了结构的可靠度。为使所建立的模型符合钢筋混凝土结构的具体受力特点,荷载效应计算中考虑了钢筋混凝土结构的内力重分布,承载能力计算中参考了《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)给出的近似计算公式,得到了多维非线性的极限状态方程。通过实例对模型和可靠度方法进行了验证,计算分析表明,本文所建立的可靠性模型揭示了钢筋混凝土连续梁在各种随机因素作用下强度失效的规律,为钢筋混凝土连续梁的可靠性分析提供了依据。此外,本文提供的构件可靠度计算思路也可为其他各类钢筋混凝土构件的可靠度分析提供参考。