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。     

网架结构节点焊缝损伤识别2步法

焊接网架结构节点与杆件连接焊缝处易发生损伤和破坏。为保证网架结构在服役期间的安全,基于小波分析和应变模态法,提出识别网架结构节点损伤的2步法。计算结构某节点发生焊缝损伤时的各节点加速度响应,采用小波变换分析各节点高频分量奇异值。依据奇异值幅值判断损伤节点影响范围,划分结构子区域,并在该节点上布置传感器。测量布设传感器节点的加速度响应,采用小波分析法识别结构损伤子区域。在损伤子区域中,采用应变模态分析法进行损伤定位。开展网架结构模型试验,验证该方法的有效性。结果表明:损伤识别2步法能够利用有限加速度传感器测量信息,识别有节点焊缝损伤的结构子区域,并在损伤子区域中定位节点焊缝损伤位置;该方法所需测量信息较少,易于实现较为复杂的网架结构的损伤识别。     

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。     

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。     

基于模态参数的桥墩结构损伤识别数值研究

铁路简支梁桥桥墩横向振动时,可简化为墩顶具有集中质量的悬臂梁模型,地基约束用地基弹簧模拟。研究墩身的结构性损伤时,该模型与基底固结的悬臂梁模型原理相同。利用冲击振动试验法可以准确得到桥墩的一阶振型和一阶频率,利用这两个参数可以构造出一阶振型比、特征参数、一阶曲率模态差三个指标。以一混凝土悬臂梁为例,用一阶振型比、特征参数、一阶曲率模态差指标进行结构损伤识别的数值研究,总结了特征参数指标在结构损伤前后的变化规律。分析结果表明几个指标对损伤比较敏感。     

在役海洋平台动力学损伤诊断方法研究综述

为探明在役海洋平台的动力学损伤诊断方法及其发展方向,从模态参数识别方法和动力学损伤诊断方法出发,归纳分析各种方法的研究现状与进展、优缺点以及应用中存在的问题及其展望。结果表明:模态识别领域的研究热点是环境激励下非平稳信号的模态识别;动力学损伤诊断领域的研究热点是将不同的损伤诊断方法结合,以及引入先进信号处理技术和智能算法;现有研究成果应用于在役海洋平台时面临的主要困难是实测模态信息不完备;将诊断结果同安全评价及剩余寿命预测建立联系,是在役海洋平台动力学损伤诊断的发展趋势。     

桥梁结构安全性评价力学状态参数标定方法

为建立有效的桥梁结构安全评估有限元模型,提出基于桥梁结构诊断试验数据的力学参数标定方法,考虑力学参数及作用效应参数量值的相关性,结合对两者的规则化,消除灵敏度分析时灵敏度矩阵的奇异性;在优化目标函数中引入罚函数来改善收敛效率及收敛性;并通过标定一座在役桥梁结构力学参数有限元模型,分析试验测试数据与以基于结构设计参数得到的作用效应值偏差较大的原因,并验证所提出方法的有效性。结果表明:基于诊断试验的桥梁结构力学参数标定方法,可有效解决传统分析方法与试验结果差异较大的问题,有助于准确评价桥梁结构安全性。     

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。     

结构损伤诊断与系统时域辨识研究综述

对结构时域辨识理论及其应用进行系统研究和综述。研究表明:环境激励的非平稳与不确定性、响应信息的不完备性、反问题的不适定性以及测试噪声等是影响系统时域辨识理论在结构损伤诊断中应用的关键因素。以影响因素为主线,系统阐述结构时域辨识理论、方法的发展和研究现状,并对其优、缺点进行比较。分析指出,基于系统识别的结构损伤诊断技术适合于从整体层次上把握结构的健康状况,只有将其与局部损伤检测方法结合才有可能对大型复杂结构的健康状况作出正确的评估。展望结构时域辨识技术的发展趋势认为:随机子空间法等先进的系统辨识方法、EMD非平稳信号处理技术以及神经网络智能算法将成为未来研究和发展的主流。     

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。     

基于神经网络的矮塔斜拉桥近断层地震响应参数敏感性分析*

为研究近断层地震动对矮塔斜拉桥地震响应参数敏感性的影响,提出基于BP神经网络配合有限元分析的参数敏感性分析方法（FBSA法）,以某铁路矮塔斜拉桥为研究对象,进行参数化有限元建模,运用BP神经网络计算近断层地震动作用下矮塔斜拉桥响应以及自振频率对各参数的敏感性系数,分析近断层脉冲地震动对地震响应敏感性的影响规律。研究结果表明:FBSA法可快速、精确地完成敏感性分析,为抗震设计与优化提供更全面的参考;矮塔斜拉桥几何布置和截面尺寸对振型刚度影响较大;近断层脉冲地震动作用下,桥梁位移和内力响应明显增大,各设计参数对桥塔位移、桥墩位移和内力以及主梁横向位移和弯矩的参数敏感性具有显著影响,对主塔内力和主梁竖向位移参数敏感性的影响不明显。     

数据挖掘与现场调查结合的电动汽车事故分析

为了解电池热失控引起的电动汽车自燃事故起因,降低事故发生率,统计梳理2020年新能源汽车起火事故概况,并基于动力电池失效机制和车辆运行数据,提出一种融合事故阶段安全参数关联分析、事故现场调查和全生命周期数据一致性分析的事故多维分析方法,采用该方法深入剖析一起电动汽车起火事故.研究结果表明:事故多维分析方法可通过探究事故...     

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。     

随机桁架结构可靠性分析的完全概率方法

提出了一种求解随机参数桁架结构在随机荷载作用下反应的概率密度函数和结构精确可靠度的方法.通过对随机参数桁架结构在随机荷载作用下的有限元分析方法的研究,考虑了结构的物理参数,构件的几何尺寸和作用荷载幅值等的随机性.应用随机向量函数的概率分布函数表达式,通过确定积分区间、变量替换、交换积分顺序等一系列数学上的处理,获得所求结构反应的概率密度函数.由干涉理论得到了结构位移和应力的可靠度.通过算例的结果与Monte-Carlo模拟法结果比较,表明该方法具有较高的精度及良好的实用性.     

少载荷级数下桥式起重机桥架疲劳安全寿命研究

提出了一种针对少载荷级数作用下的桥式起重机桥架裂纹萌生寿命计算的新数值模拟方法。该方法利用ANSYS软件中的生死单元模拟吊重起升和小车运行,得到桥架在3级载荷作用下的瞬态应力响应,将应力数据集导入到疲劳软件FE-SAFE中,根据多轴局部应力应变算法,基于Morrow平均应力修正下的Brown Miller损伤模型,对32t/A6桥式起重机桥架进行疲劳分析。计算结果表明,桥架疲劳寿命满足使用要求,疲劳失效主要发生在端梁腹板的拐角处。     

基于光纤光栅的斜拉索振动参数监测实验研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件 ,对其动力特性进行监测具有重要意义。斜拉索工作条件恶劣 ,现有的测试方法难以实现长期在线监测 ,实现斜拉索的振动在线测量 ,传感器是问题的关键。光纤光栅传感器具有极其优良的稳定性 ,已被证实适用于长期监测 ,在结构监测领域具有非常广泛的应用前景。笔者提出了一种基于光纤光栅传感器的斜拉索动力特性在线监测方法 ,建立了用光纤布拉格光栅作传感器监测斜拉索振动的测量模型 ,为验证该模型建立了模拟试验装置 ,在实验室进行了模拟实验研究 ,并将光纤光栅和传统的电阻应变片两种测量方法进行了实验对比。与传统测试手段相比 ,该方法结构简单 ,成本低 ,并能实现斜拉索动力特性的长期在线监测。     

基于深度学习的工程结构损伤识别研究进展

为避免或减轻工程结构在建造和运营期间因结构振动产生不同程度损伤,造成安全隐患危及人们生命财产安全,针对结构振动损伤识别技术展开研究,探讨不同深度学习方法发展情况及其利弊,寻找更具可行性的损伤识别方法,并对其最新研究及应用现状进行全面综述。研究结果表明:应用深度学习开发新的结构损伤识别技术,无需冗余的数据预处理以及手工提取损伤特征,实现以较高精度实现损伤识别任务;一维卷积神经网络（1D-CNN）以其独特的应用优势,在数据样本有限条件下较二维卷积神经网络（2D-CNN）表现更为出色。研究结果可为数据驱动的结构损伤识别问题提供新思路,进一步完善土木结构健康监测研究体系。     

安全完整性水平评估中考察参数不确定性影响的一种方法

为有效减少参数不确定性对安全仪表系统安全完整性水平评估结果的影响,避免数据不充分等问题可能导致的较大评估偏差,以典型冗余结构为例,引入Monte-Carlo数值仿真方法计算平均要求时失效概率值,借助Matlab仿真,对结果进行统计特性分析。再通过与常用评估方法的比较,指出采用分布区间来描述评估结果有利于工程师更好地设计和应用安全仪表系统,总结采用Monte-Carlo方法考察参数不确定性问题的优势并提出该方法尚需改进的地方。