应变模态

摘要： 传统稀疏贝叶斯学习算法进行损伤识别时需要对每个单元进行刚度损伤系数的迭代更新,当结构单元众多时,存在计算效率低和对振型的完备性要求高等问题。本文提出了损伤识别两步法,首先利用应变模态差指标进行疑似损伤单元的判断;接着以单元刚度损伤系数为目标参数,建立结构损伤识别的多层次稀疏贝叶斯学习模型,利用稀疏贝叶斯学习算法进一步识别疑似损伤单元的损伤位置以及程度。以一个空间网架结构为对象,针对单位置损伤和多位置损伤情况验证了该方法的有效性。

摘要： 土木结构的损伤识别技术对提升结构可靠性与安全性具有重要意义,也是土木结构健康监测研究中的热点问题。现有的损伤识别方法往往需要识别模态参数,或者需要准确获取结构外部载荷信息,极大限制了相关方法在实际工程中的应用。为克服现有方法的局限性,该文将结构动态响应重构方法引入到损伤识别中,提出了基于应变模态响应重构的损伤识别方法。构建结构健康状态的有限元模型,以损伤结构测量的信号输入,通过基于经验模态分解的应变重构方法,可以获取使用无损伤模型的结构全局模态响应。以传感器采集的模态响应和重构模态响应的差异作为有限元模型修正的依据,通过应变模态比值构建的传递率的灵敏度矩阵进行迭代运算,求得损伤位置及损伤程度。该方法无需获取结构的外部激励信息,通过高效的时域应变重构,能够在少量测量信号下实现对结构损伤的精确识别。为验证该方法的准确性和高效性,开展了连续梁单一损伤和多损伤识别研究,探讨了测量噪声和模态阶次选取对识别结果的影响,结果表明,该方法能够准确、高效识别不同程度的损伤,对测量噪声具有较强的鲁棒性。

摘要： 相较于仅使用单类测量数据,多类传感器测量数据融合应用于损伤识别能获得更好的识别结果。为充分利用加速度及应变测量数据并将其用于损伤识别,首先依据位移模态与应变模态的关系,推导了基于2种模态的混合模态计算方式,并提出了一种基于混合模态的损伤识别方法。该方法利用混合模态频率与振型构建目标函数,结合3种优化算法,即梯度算法、遗传算法和粒子群优化算法分别进行结构损伤识别。根据简支梁与二维框架2个数值算例在不同传感器数量工况下的模拟结果讨论混合模态对识别结果的改进。结果表明:方法具有很好的噪声鲁棒性,且混合模态识别效果较传统方法有明显提高。

摘要： 针对多种受损工况下的风机叶片损伤诊断问题,文章基于模态理论对受损前和受损后的风机叶片进行位移和应变模态分析.首先建立风机叶片的三维模型并对其进行有限元分析;然后模拟叶片两位置不同的损伤状况,比较各工况下位移模态曲线、应变模态曲线和应变模态差分曲线在受损前后的变化规律,进而对叶片进行损伤辨识;最后选取应变模态变化率和由差分曲线建立的直接定位损伤指标ISMSD作为风机叶片损伤诊断指标,进一步辨别叶片的损伤程度.通过结构损伤前后模态频率、位移模态及应变模态参数的对比可以发现:在受损量不同的情况下,叶片模态频率损伤前、后变化较小,位移模态几乎没有产生变化;在受损区域应变模态及其差分曲线均有突变产生,裂纹的长度越大突变越明显.可将应变模态变化率和ISMSD作为损伤诊断的特征参数,为风机叶片的预报维修提供参考.

摘要： 针对风力发电机塔筒法兰段螺栓断裂损伤的识别问题,以某型1.5 MW风机为例,对螺栓断裂损伤识别进行了理论推导、仿真分析和损伤识别指标修正研究.运用连续体振动微分方程法,建立了梁的振动微分方程和应变模态;利用ANSYS软件对风机塔筒进行了振动模态分析,并研究了不同螺栓断裂工况下位移和应变模态振型的变化;以应变绝对偏差作为损伤识别指标,通过数值模拟验证不同工况下的风机塔筒损伤识别效果.研究结果表明:不同损伤工况的位移模态振型无明显突变,而应变模态振型在塔筒法兰螺栓断裂处出现显著突变,应变类指标对损伤更加敏感;修正的应变绝对偏差损伤识别指标削弱了未损伤处高应变值干扰损伤识别的影响,提高了损伤识别的敏感度;基于应变模态的损伤识别可为大型风机塔筒的损伤监测和健康维护提供参考.

摘要： CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层脱空,严重威胁高速铁路无砟轨道结构的整体性、稳定性和安全性.提出一种基于应变模态的脱空识别方法,通过建立有限元模型,对不同脱空状态的轨道结构进行应变模态分析并量化识别效果,验证了该方法的有效性.研究结果表明:1)轨道板第一阶应变模态对砂浆层脱空识别的效果较其他阶应变模态更明显;2)应变模态脱空识别方法对远离边界的砂浆层脱空的识别更明显,定位精度可达0.025 m,识别脱空覆盖率最高达100％,识别区域脱空率最高达82.26％;3)脱空形状主要影响应变模态指标的定位效果,而脱空面积和脱空数量更易影响应变模态指标的识别范围和效果.

摘要： 目的 解决飞机蒙皮分布动态载荷确定的工程实际问题.方法 将基于广义正交多项式的复杂分布动载荷识别技术与应变模态理论相结合,建立利用有限个测点的应变响应和结构应变频响函数作为已知参数的飞机蒙皮分布动载荷识别模型.利用Nastran软件,以某型飞机机身中段外蒙皮为例,分别采用位移模态方法和应变模态方法进行了70、80、90、100 Hz下的蒙皮分布动载荷识别,并进行对比分析.结果 以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法,在各计算频率下均具有较好的识别精度,最大识别误差为8.9％,能够满足工程应用.在各识别频率下,采用应变方法识别过程中的积分矩阵条件数小于位移方法.在100 Hz识别频率下增加3％随机误差干扰后,位移识别方法最大误差为19.4％,采用应变方法的载荷识别最大误差为9.8％.结论 相比于传统的采用位移模态的载荷识别方法,以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法具有更好的数值稳定性,对于解决结构共振频率附近频响函数矩阵奇异性问题具有很好的应用价值.

摘要： 桥梁作为道路扩展并具有重要的承载能力的建筑物，在国民经济的发展中拥有巨大的推动作用。随着大跨结构的不断投入使用,结构在服役期间由于受到环境因素,车辆荷载等因素影响,致使结构局部出现不同程度的损伤.结构局部损伤识别的关键问题之一就是如何从结构响应信息中提取对损伤敏感的特征值,而应变模态对结构局部损伤具有高度敏感性,即将应变模态参数变化与结构损伤联系起来,从而识别出损伤.本文通过ANSYS软件对混凝土简支梁建立有限元模型,将应变模态作为损伤指标对结构中遇到的局部损伤变动进行模态分析.根据应变模态曲线的变化快速有效地识别桥梁损伤部位及损伤程度,为监测和诊断大型工程结构的健康状况,评估其安全性提供一定的理论支持.

摘要： 利用应变模态对复合材料板和金属薄壁圆桶在自由振动状态下的应力分布状态进行评价,并尝试使用基于应变模态理论的损伤识别方法,对这两种结构的单损伤及多损伤情况进行损伤识别.通过有限元分析软件对无损伤及有损伤的结构分别进行模态分析,构建基于损伤前后应变模态的损伤指标,并使用这些指标对结构是否存在损伤进行判断.比较不同的损伤指标以及使用不同阶次应变模态的损伤识别效果.结果表明:采用基于应变模态的损伤识别方法可识别薄壁结构的损伤,并且只需要低阶模态数据便可实现损伤的初步定位;使用不同的损伤指标,对结构损伤识别的效果有明显的影响;针对不同类型的结构,需要确定合适的损伤指标.

摘要： 本文利用应变模态进行复合材料板在动载荷下的应力分布状态评价.应变模态是结构的固有属性,含有结构的状态信息,相比于位移模态,它对局部损伤及微小损伤更加敏感.本文重点讨论了基于应变模态的损伤识别基本理论方法及数值模拟实验,首先利用有限元分析软件建立了复合材料板模型,并针对单损伤及多损伤情况进行了有限元模拟,从预先设定的采样点分别提取出损伤前后的应变模态后,使用由应变模态表示的损伤指标对结构进行损伤识别.数值模拟结果表明,采用基于应变模态的损伤识别方法可对复合材料板上的损伤进行初步定位,并且只需要较低阶的模态,便于实际结构的损伤识别.

摘要： 随着管道事故的大量增加,对管道进行实时监测和诊断成为目前研究的热点课题.本文对油气管道的损伤检测用振动的方法进行了研究,考虑管道的一维性质,推导了管道损伤应变模态差分格式,建立可应用定位损伤、确定损伤程度的直接指标数学模型,提出了基于工作应变模态方法的管道结构损伤识别方法.为了验证所提方法,对3根管道进行不同损伤工况下的物理模型试验,获得管道的低阶模态频率和振型.研究结果表明,模态频率作为识别指标进行损伤识别的效果不明显,提供的信息量较少,固有频率作为全局性参数用于结构损伤诊断存在一定的局限性；位移振型对管道的损伤也不敏感,而通过差分法得到的应变模态,损伤区域出现突变性峰值,可以作为损伤的初步判定；应变模态敏度比差值在损伤区域则出现更为明显的突变,能直观的对管道的损伤做出正确识别.研究成果对压力管道的损伤检测具有一定的工程实践和理论指导意义.

摘要： 层合复合材料结构受冲击后造成的隐性分层损伤容易导致材料力学性能的下降,具有突发性和灾难性失效的潜在危险,研究层合复合材料结构的损伤识别与评估问题具有重要的工程应用价值。本文基于压电应变模态分析方法研究压电层合智能结构的损伤识别与评估问题。首先,将压电片布置在结构表面上构成结构动态响应的激励和检测系统,测量结构的压电应变响应。其次,建立了压电层合智能结构的损伤模型,研究压电应变响应与结构分层损伤的关系,提出了一种基于压电应变模态变化的算法,实现了结构损伤的主动在线识别。文中以层合板结构为例,利用ANSYS软件系统进行数值仿真计算,验证了方法的可行性。

摘要： 对于具有一定损伤的导管式海洋平台钢管梁来说,实验模态分析得到的位移模态和固有频率难以有效的反应结构损伤的实际状况,特别是对早期的轻微损伤.为了提高损伤识别的效率和效果,根据海洋平台钢管梁架的受力特点,由节点位移模态推到出节点应变模态.然后利用损伤前后的应变模态差作为损伤识别的指标.将这个指标用在海洋平台钢梁构件焊缝和跨中单元的损伤识别上.通过建立钢管梁焊缝损伤的ANSYS模型,进行数据模拟分析,该方法能够在低阶模态条件下,有效的识别早期的轻微损伤。

摘要： 本文通过试验研究验证了应变模态对桁架结构局部损伤的敏感性,研究结果表明应变模态可有效地识别损伤位置且能识别损伤的程度,并总结出8条有效的减少噪声干扰的经验.

摘要： 目前,常见的模态测试方法包括位移模态、应变模态和声模态等,各种方法均有其自身的优点和使用场合.本文主要针对一自由梁,通过试验模态分析,得到了其位移、应变和声模态的频率、阻尼比和振型等模态参数,对比了各模态测试方法的结果,并就各模态测试方法的特点进行了探讨.

摘要： 简要介绍了四种方法对应的模态理论基础,通过试验研究验证了应变模态对结构局部损伤的敏感性,讨论了应变模态对局部损伤的敏感范围.研究表明,基于环境激励法的应变模态试验可有效地识别损伤位置.

摘要： 将应变模态相对变化率作为损伤指标,探索了与人工神经网络结合对桁架结构进行损伤识别的方法.利用ANSYS的命令流语言APDI编写二次开发程序,实现结构不同损伤工况下的模态自动求解过程,并定义APDL中多维数组参数,将不同损伤工况下计算得到的模态参数存储于外部设备.在人工神经网络训练阶段,再借助于Matlab软件的外部文件调用功能,将模态信息加以批量提取.数值仿真表明,本文的方法是一种高效的人工神经网络训练模式,且仅用一阶应变模态改变率就可实现对桁架结构的损伤识别,便于在实际工程中应用.

摘要： 本发明公开了一种基于模态应变能正则化的阻尼胶布置优化方法，其包括如下步骤：步骤一，将待优化的板件模型划分为有限元模型；步骤二，计算板件在一定频率范围内所有阶次的模态应变能，将每个阶次的模态应变能正则化，再叠加得到正则化的模态应变能云图，将云图显示的应变能集中区域作为布置阻尼胶的区域；步骤三，计算带有阻尼胶的板件的阻尼损耗因子；步骤四，通过车体传递函数进行验证，步骤五，根据整车出现振动或噪声问题的频率调整权重因子，重新进行步骤二至步骤四，直至满足NVH性能要求。其能够避免直接将模态应变能叠加导致的低阶模态误差，在保证NVH性能的前提下，实现阻尼胶的精准布置。

摘要： 本发明涉及轴承故障诊断技术领域，具体地说，涉及一种基于自适应变分模态分解的轴承故障诊断方法，其包括以下步骤：(1)、输入信号；(2)、功率谱密度PSD计算；(3)、执行功率谱密度引导的自适应变分模态分解PVMD；(4)、获得指定数量的子信号IMF；(5)、对IMF进行平方包络分析；(6)、提取轴承故障特征。本发明能较佳地用于轴承的故障诊断，特别是轴承复合故障。

摘要： 本发明提供了一种基于自适应变分模态分解的在线颤振检测方法及系统，采集加工过程中的振动信号，利用训练后的支持向量机模型对所述振动信号进行识别，确定加工状态；支持向量机模型的训练过程包括：获取待分析加工系统固有频率，确定颤振频带；获取历史加工过程的振动信号；利用自适应变分模态分解将历史信号自适应分解成一定数量不同频带分布的模态分量，取所有模态分量重构获得滤波信号；计算位于颤振频带内的颤振模态分量的能量比和滤波信号的散布熵，构成特征向量；利用正常加工和颤振状态的特征向量训练支持向量机，得到训练好的支持向量机模型。本发明对颤振具有较高的检测精度、及时性和敏感性，可以在早期阶段有效识别颤振。

摘要： 本发明涉及轴承故障诊断技术领域，具体地说，涉及一种基于自适应变分模态分解的轴承故障诊断方法，其包括以下步骤：(1)、输入信号；(2)、功率谱密度PSD计算；(3)、执行功率谱密度引导的自适应变分模态分解PVMD；(4)、获得指定数量的子信号IMF；(5)、对IMF进行平方包络分析；(6)、提取轴承故障特征。本发明能较佳地用于轴承的故障诊断，特别是轴承复合故障。

摘要： 公开了单传感器转子叶片多模态应变场重构方法及测量系统，方法中，建立待测转子叶片三维有限元模型，在不同转速下根据模态分析绘制坎贝尔图并满足叶片多模态振动，提取所述叶片有限元模型的模态参数；基于叶片模态参数确定单个应变片传感器的安装位置和方向；根据不同的模态阶次分别计算叶片单测点位置应变与全场应变的传递比；在所述转子叶片安装应变片后开展高转速叶片多模态测试试验，获取叶片发生多模态振动时应变片测量的有限动应变；对上述测量动应变响应进行傅里叶变换，解耦得到各个阶次模态对应的幅值和相位；基于上述各阶模态的传递比与对应的幅值和相位信息，反演重构获得转子叶片全场动应变。

摘要： 本发明属于信号分析与故障诊断技术领域，公开了一种基于自适应变分模态分解的滚动轴承早期故障诊断方法，包括以下步骤：S1、采集滚动轴承的振动信号；S2、将最小综合故障指数作为目标函数，结合麻雀算法计算得到最佳的麻雀个体位置对应的变分模态分解参数(K，α)作为分解参数，对原始振动信号进行变分模态分解；S3、去除小于平均功率谱峭度的模态分量，得到重构信号；S4、对重构后的信号进行包络解调分析，从而确定轴承的故障类型。本发明通过综合故障指数进行自适应模态分解，可以实现故障冲击和背景噪声的分离，提高了故障诊断的准确性。

摘要： 本发明公开了一种可穿戴惯性‑应变‑肌电多模态交互手环，包括手环本体、手环腕带、惯性传感器、柔性应变传感器、柔性肌电传感器、柔性电路板和导线；惯性传感器、柔性应变传感器、柔性肌电传感器采集使用者的运动信号和身体信号，通过导线传输给柔性电路板，柔性电路板对数据分析后生成指令控制外部设备。本发明具有舒适佩戴、快捷交互、灵活适配、多传感器采集、高准确识别的优点，可应用于聋哑人手语翻译、外部设备控制、运动状态监测、医学康复训练等领域。

摘要： 本发明涉及一种基于模态叠加原理的机翼应变场重构分布式光纤计算方法，属于结构健康监测领域。它包括以下步骤：步骤一：基于光纤光栅传感器机翼结构应变的测量，利用光纤光栅中心波长偏移量来计算出量机翼结构表面的应变；步骤二：计算出机翼结构的应变模态，通过应变模态优化机翼结构光纤光栅传感器网络布局。步骤三：推导出机翼结构传感器测量点位置对应的应变矩阵和机翼结构所有点应变矩阵之间的转换公式；步骤四：针对应变模态矩阵不适定问题，采用正则化的方法优化应变模态坐标的求解，减少应变场重构误差。该方法通过采集少量离散点的光纤光栅的响应信号，通过公式推导计算出机翼结构应变场。

摘要： 本发明公开了一种基于应变模态的高速铁路32米标准梁动挠度监测方法，包括：基于列车荷载偏载分布的特点，采用基于振型叠加法的模态应变理论建立了考虑测点至等效中性层距离修正的“应变‑动挠度”模型，应变测点距箱梁截面等效中性层的距离和模态矩阵振型阶数的选取，对建立的应变‑动挠度变换模型的重构精度有显著的影响，利用Ansys数值模拟来对列车偏载作用下应变测点距箱梁截面等效中性层的距离进行修正，利用粒子群算法对模态矩阵振型阶数的选取进行优化，通过UM多体动力学仿真数据集和实际动载试验结果表明本发明的有效性和准确性。本发明提高了桥梁健康监测实时预警子系统智能识别的自动化、智能化、准确性和鲁棒性。

摘要： 本发明公开了基于应变模态的承力结构件损伤识别方法及系统，通过构建待分析承力结构件的损伤前后有限元模型；对待分析承力结构件进行多次模态测试，得到损伤后应变模态；对损伤前有限元模型进行模态分析求解，得到损伤前整体刚度矩阵、整体质量矩阵、损伤前应变模态和固有频率；对损伤后有限元模型进行求解，得到损伤后整体刚度矩阵；基于损伤前整体刚度矩阵和应变模态，得到损伤前模态应变能；基于损伤后整体刚度矩阵和损伤后应变模态，得到损伤后模态应变能；基于固有频率、整体质量矩阵、损伤前后模态应变能和单元刚度折减系数，得到模态应变能灵敏度的损伤识别；对基于应变模态的模态应变能灵敏度结构损伤方程进行求解，得到识别结果。