改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法

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作者 唐盛华 蔡祎璞 刘荣凯 《湘潭大学学报(自然科学版)》 2025年第5期134-146,共13页

针对模态应变能法需要质量归一化振型,损伤指数法定量精度较低的不足,提出一种改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法.首先,通过最优匹配法调整结构损伤后的振型曲率,解决多单元损伤相互影响、振型质量归一化问题;其次,考虑损伤前后单... 针对模态应变能法需要质量归一化振型,损伤指数法定量精度较低的不足,提出一种改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法.首先,通过最优匹配法调整结构损伤后的振型曲率,解决多单元损伤相互影响、振型质量归一化问题;其次,考虑损伤前后单元对损伤程度定量的影响,采用加权模态应变能法进行损伤程度定量,只需要结构前几阶振型,计算工作量小,定量精度明显提高.简支梁和三跨连续梁的数值算例分析表明,改进模态应变能法能更好地识别损伤位置,损伤程度定量误差分别小于1%、4%. 展开更多

关键词 损伤识别 最优匹配法 振型曲率 质量归一化 改进模态应变能法

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基于应变模态差分原理的直接定位损伤指标法 被引量：16

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作者 顾培英 陈厚群 +1 位作者 李同春 邓昌 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期13-17,共5页

目前应变类损伤指标大多数只能利用损伤前后的模态参数进行损伤定位,但要得到损伤前的模态数据非常困难,难以在土木工程中推广应用。为此提出了无健康标准下基于损伤应变模态差分原理的直接定位损伤指标法ISMSD(Strain Mode Shape D iff... 目前应变类损伤指标大多数只能利用损伤前后的模态参数进行损伤定位,但要得到损伤前的模态数据非常困难,难以在土木工程中推广应用。为此提出了无健康标准下基于损伤应变模态差分原理的直接定位损伤指标法ISMSD(Strain Mode Shape D ifference),只需利用损伤后应变模态数据即能定位损伤。推导了损伤应变模态等间距和不等间距差分格式。在综合考虑相邻两有效极值点间有效距离比、有效极值之差绝对值、有效极值绝对最大值的基础上,建立了直接定位损伤指标数学模型。根据理论推导和数值仿真统计分析,提出损伤位置判定准则:若某点的每阶指标值均最大,则该点有损伤;若某点的某阶或多阶指标值越大,则该点损伤可能性越大;对于某阶节点损伤,则可通过其余阶的指标值定位损伤。该指标能正确地判定损伤位置,尤其是损伤量较小情况。 展开更多

关键词 应变模态 损伤识别 差分 损伤定位 直接指标法

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基于工作应变模态损伤识别方法的试验研究 被引量：16

3

作者 顾培英 邓昌 汤雷 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第11期175-178,共4页

介绍了笔者近几年提出的工作应变模态频域识别方法、基于损伤应变模态差分原理的损伤位置直接指标法、基于局域应变模态面积的损伤程度直接指标法。为了验证所提方法,开展了悬臂梁多损伤物理模型试验及数值仿真计算分析,结果表明,利用... 介绍了笔者近几年提出的工作应变模态频域识别方法、基于损伤应变模态差分原理的损伤位置直接指标法、基于局域应变模态面积的损伤程度直接指标法。为了验证所提方法,开展了悬臂梁多损伤物理模型试验及数值仿真计算分析,结果表明,利用该方法识别出的工作应变模态与锤击激励下的应变模态形状相似。初步验证并完善了损伤位置、损伤程度直接指标法。位于损伤处的损伤位置直接指标值远大于非损伤处指标值,识别出的损伤位置与实际损伤位置一致;同一损伤量下的损伤程度指标值变化不大,与损伤位置、模态阶数、是否归一化无关;对于多损伤结构,只要损伤间距大于影响区范围,损伤位置、损伤程度即可按单损伤方法确定。 展开更多

关键词 环境激励 工作应变模态 损伤识别 直接指标法

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结构损伤识别和定位的基本原理与方法 被引量：62

4

作者 董聪 丁辉 高嵩 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第3期89-94,共6页

对以应变类参数 （应变、应变模态、曲率模态等） 为基础的损伤定位方法和以位移类参数 （位移、位移模态、柔度矩阵等） 为基础的损伤定位方法的相互关系和本质特征进行了系统的阐述， 指出后者理论上存在错误定位的隐忧。鉴于损伤的... 对以应变类参数 （应变、应变模态、曲率模态等） 为基础的损伤定位方法和以位移类参数 （位移、位移模态、柔度矩阵等） 为基础的损伤定位方法的相互关系和本质特征进行了系统的阐述， 指出后者理论上存在错误定位的隐忧。鉴于损伤的局域特征， 提出了一种以局域特征变化为依据的损伤定位公式。强调损伤的扩展并不是结构的内禀属性， 而是环境和结构细节相互作用的结果， 因此， 在进行实际结构的损伤定位时， 考虑环境因素和结构细节的共同影响十分必要。 展开更多

关键词 应变模态 损伤定位 公铁两用桥 悬索桥

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应变模态振型获取的一种简便方法 被引量：4

5

作者 吴加权 叶飞 +2 位作者 李红艳 张馨予 马琨 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期156-160,共5页

根据应变模态分析原理,定义了一个新的应变模态振型系数,提出了基于应变响应获取结构应变模态振型的一种简便方法,并通过简支梁实验进行了验证。研究结果表明,采用该方法无需测量位移模态,仅需采用单点激励,用电阻应变计测量结构上各测... 根据应变模态分析原理,定义了一个新的应变模态振型系数,提出了基于应变响应获取结构应变模态振型的一种简便方法,并通过简支梁实验进行了验证。研究结果表明,采用该方法无需测量位移模态,仅需采用单点激励,用电阻应变计测量结构上各测点的应变响应信息,即可获得被测结构应变模态振型,大大简化了应变模态在工程结构损伤识别中的实验检测分析过程。 展开更多

关键词 应变模态 频响函数 频响幅值 应变模态振型系数 模态振型

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基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法与实验研究 被引量：3

6

作者 顾邦平 胡雄 +2 位作者 杨振生 赖金涛 潘龙 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期259-264,280,共7页

为了获得较为理想的振动时效效果,提出基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法。采用ANSYS有限元软件,对构件进行数值模态分析,通过分析应变振型和残余应力的分布规律,确定了基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法和步骤,并在此... 为了获得较为理想的振动时效效果,提出基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法。采用ANSYS有限元软件,对构件进行数值模态分析,通过分析应变振型和残余应力的分布规律,确定了基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法和步骤,并在此基础上进行了振动时效的实验研究,验证该方法的提出对振动时效效果改善的有效性。结果表明:对于激振频率的选择应以构件表面的残余应力分布为依据,共振应变函数ψr为准则;通过该方法合理选择振动时效的激振频率,能够获得较为理想的振动时效效果。基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法的提出,为振动时效激振频率的确定提供了技术思路,改善了振动时效的效果,具有一定的工程应用价值。 展开更多

关键词 振动时效 激振频率 应变振型 残余应力 共振应变函数

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智能故障诊断 被引量：7

7

作者 董聪 郭晓华 《计算机科学》 CSCD 北大核心 1999年第8期19-22,33,共5页

一、引言长期以来,基于动力特性的结构故障诊断方法一直是国际学术界和工程界关注的热点,但至今缺乏有效的解决方案。结构故障诊断的核心是损伤识别与定位,其中,损伤定位问题尤为困难。损伤识别属于广义模式识别的范畴,因此,从逻辑的角... 一、引言长期以来,基于动力特性的结构故障诊断方法一直是国际学术界和工程界关注的热点,但至今缺乏有效的解决方案。结构故障诊断的核心是损伤识别与定位,其中,损伤定位问题尤为困难。损伤识别属于广义模式识别的范畴,因此,从逻辑的角度讲,要进行损伤识别与定位,首先需要解决损伤标识量的选择问题,即决定以哪些物理量为依据能够更好地识别和标定损伤的程度与方位。我们发现,用于损伤识别的物理量可以是全局量,如结构的固有频率等,但用于损伤定位的物理量最好是局域量。 展开更多

关键词 故障诊断 人工智能 模式识别 人脸识别

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基于动力特性的结构损伤定位方法 被引量：27

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作者 董聪 《力学与实践》 CSCD 北大核心 1999年第4期62-63,共2页

本文推导出关于结构应变的一阶交分关系，从中揭示出结构损伤定位的合理方案．

关键词 应变模态 位移模态 损伤定位 动力特性

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基于应变能等效指标的结构损伤识别技术研究 被引量：10

9

作者 郭惠勇 李正良 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期286-291,共6页

为了解决结构的多损伤识别问题,提出了一种基于应变能等效指标的损伤识别方法.首先给出了损伤前后模态应变能变化的表达式以及能量耗散公式,然后根据结构的能量耗散与应变能的变化值等价的原理,建立了一个四阶等效方程,最后求出了该方... 为了解决结构的多损伤识别问题,提出了一种基于应变能等效指标的损伤识别方法.首先给出了损伤前后模态应变能变化的表达式以及能量耗散公式,然后根据结构的能量耗散与应变能的变化值等价的原理,建立了一个四阶等效方程,最后求出了该方程的四个根,并通过对该方程四个根的分析得到了一个应变能等效指标,通过该指标可以方便的求解损伤的位置和程度.数值仿真结果表明,基于应变能等效指标的损伤识别方法不仅可以精确的识别出损伤的位置和程度,而且其识别精度明显好于应变能耗散率方法. 展开更多

关键词 损伤识别 模态应变能 等效指标 位移模态 耗散率

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基于跨模型模态应变能变化的结构损伤识别两阶段法 被引量：4

10

作者 朱学坤 李翠 +2 位作者 俞记生 张雅儒 伍晓顺 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期210-221,共12页

为提高结构损伤识别精度,采用跨模型模态应变能变化(Cross-model Modal Strain Energy Changes,CMSEC)代替传统的模态应变能变化(Modal Strain Energy Changes, MSEC)建立先定位后定量的结构损伤识别两阶段法.与传统模态应变能(Modal St... 为提高结构损伤识别精度,采用跨模型模态应变能变化(Cross-model Modal Strain Energy Changes,CMSEC)代替传统的模态应变能变化(Modal Strain Energy Changes, MSEC)建立先定位后定量的结构损伤识别两阶段法.与传统模态应变能(Modal Strain Energy, MSE)计算时仅利用结构损伤后的振型不同,跨模型模态应变能(CMSE)的计算同时利用结构损伤前后的振型.先利用CMSEC构建CMSECI (Cross-model Modal Strain Energy Index)损伤指标来确定损伤位置,筛选出疑似损伤构件后,再利用CMSEC建立定量识别损伤程度的灵敏度方程.采用基于奇异值截断的迭代法求解该方程,以避免迭代过程中可能出现的病态方程问题.根据公式构成可以定性判断CMSEC比MSEC更难被噪声干扰.某简支梁算例表明,本文方法在损伤定位和损伤定量两个阶段均比传统方法具有更高的识别精度.为了深入考察本文方法的优越性,采用蒙特卡洛法从宏观的相对误差上界和具体的相对误差分布这两个视角解释了本文方法优于传统方法的原因. 展开更多

关键词 损伤识别 模态应变能 模态识别 结构健康监测 损伤灵敏度

原文传递

工程结构损伤定位方法的研究

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作者 李华军 方辉 S.L.James.Hu 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期641-648,共8页

针对三维框架结构等复杂大型土木工程结构,研究基于振动测试的结构损伤诊断方法,提出了1种精确、有效的基于交叉模态应变能(CMSE)的结构损伤诊断方法。传统的模态应变能方法是将损伤前后的同阶模态进行比较,而CMSE方法没有这个限制。此... 针对三维框架结构等复杂大型土木工程结构,研究基于振动测试的结构损伤诊断方法,提出了1种精确、有效的基于交叉模态应变能(CMSE)的结构损伤诊断方法。传统的模态应变能方法是将损伤前后的同阶模态进行比较,而CMSE方法没有这个限制。此方法最大的优点是需要的模态信息数量少———通常一阶模态就足够了,除此之外CMSE方法不要求进行模态的归一化。文中以三维5层的框架结构的有限元模型对新的方法进行了验证。数值模拟中结构的损伤分为2种情况———单个单元损伤和多个单元的损伤。虽然只给出了三维框架结构的示例,但这种新方法同样适用于其他结构。 展开更多

关键词 损伤诊断 模态频率 模态振型 模态应变能

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大跨度空间网格结构节点损伤识别定位 被引量：4

12

作者 丁阳 宋扬 李忠献 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期726-730,共5页

为检测大跨度空间网格结构状况,对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位进行了研究,提出了适用于大跨度空间网格结构节点损伤识别的两步定位法.利用模态曲率变化比进行节点损伤的初定位,识别出损伤节点所在的子结构;以此子结构为研究对... 为检测大跨度空间网格结构状况,对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位进行了研究,提出了适用于大跨度空间网格结构节点损伤识别的两步定位法.利用模态曲率变化比进行节点损伤的初定位,识别出损伤节点所在的子结构;以此子结构为研究对象,利用杆端应变模态变化比对节点损伤进行准确定位.以天津奥林匹克中心体育场屋盖结构为计算模型进行了节点损伤识别的定位模拟,结果表明,模态曲率变化比对节点损伤比较敏感,在节点发生较小程度损伤时便能将其所在的子结构准确地定位;杆端应变模态变化比能够准确地识别节点损伤的确切位置;从而验证了节点损伤两步定位法对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位的适用性和有效性. 展开更多

关键词 大跨度空间网格结构 节点损伤 初定位 精确定位 模态曲率变化比 应变模态变化比

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应变模态指标在平板网架结构损伤识别分析中的应用 被引量：4

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作者 熊笑雷 赵鸣 《结构工程师》 北大核心 2012年第2期58-65,共8页

平板网架结构在实际工程中应用广泛,针对此类结构的损伤识别研究显得尤为重要。由于避免了重新建模引入的系统误差,无模型的损伤识别理论正日益受到重视,并已被应用于梁式构件的健康监测。文中引入了一种应变模态指标,将无模型损伤识别... 平板网架结构在实际工程中应用广泛,针对此类结构的损伤识别研究显得尤为重要。由于避免了重新建模引入的系统误差,无模型的损伤识别理论正日益受到重视,并已被应用于梁式构件的健康监测。文中引入了一种应变模态指标,将无模型损伤识别理论应用于平板网架结构中。以折减杆件截面面积的方式来模拟杆件损伤,数值分析了5种具有代表性的损伤工况,在数值计算结果中引入了白噪声,并取部分杆件作为监测杆件。损伤识别分析结果显示,损伤杆件的应变模态指标为结构所有杆件中最高的。通过比对各杆件的应变模态指标,便能对发生在结构中上弦杆、下弦杆以及腹杆等不同位置的损伤进行识别。同时,损伤杆件周围杆件的应变模态指标也会比无损杆件的指标较大,在损伤点周围会出现一个损伤指标显著的区域。另外,当结构中两根或多根杆件同时损伤时,应变模态指标也能识别出全部损伤杆件。 展开更多

关键词 无模型 损伤识别 平板网架 应变模态 损伤指标

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梁式桥梁应变模态振型识别研究 被引量：1

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作者 耿栋 王乐 蒋鹏 《科技创新与应用》 2022年第17期64-67,共4页

文章研究基于位移和应变的相互转换关系识别梁式桥梁应变模态振型,文章研究重点为梁结构位移和应变的相互转换关系,及位移模态和应变模态在模态振型上的转换关系。为验证基于位移和应变的相互转换关系识别梁式桥梁应变模态振型的有效性... 文章研究基于位移和应变的相互转换关系识别梁式桥梁应变模态振型,文章研究重点为梁结构位移和应变的相互转换关系,及位移模态和应变模态在模态振型上的转换关系。为验证基于位移和应变的相互转换关系识别梁式桥梁应变模态振型的有效性和准确性,文章利用有限元计算软件分别对简支梁、连续梁进行数值模拟,数值模拟结果表明该方法是可行的,并且具有较高的精度。 展开更多

关键词 位移 应变 模态振型 梁式桥梁

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基于应变信息的大型浮筏结构位移重构方法 被引量：2

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作者 程光辉 施亮 +1 位作者 张振海 唐涛 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第15期75-79,144,共6页

以大型浮筏隔振装置筏架为研究对象,提出一种基于模态转换方法的筏架表面重构算法。建立浮筏筏架有限元模型,确定传感器布局策略,利用少量应变数据重构结构位移曲面,通过基于模态方法的形状重构算法,建立应变-位移转换方程,将离散应变... 以大型浮筏隔振装置筏架为研究对象,提出一种基于模态转换方法的筏架表面重构算法。建立浮筏筏架有限元模型,确定传感器布局策略,利用少量应变数据重构结构位移曲面,通过基于模态方法的形状重构算法,建立应变-位移转换方程,将离散应变场转换为整体位移场。对浮筏模型截断模态及测点选取进行分析,确定了截断模态及测点选取策略。结果表明选取适当的截断模态数量及测点布置位置具有更高效的重构效果,可有效应用于大型筏架结构变形的监测。 展开更多

关键词 应变信息 浮筏 形状感知 模态法 位移重构

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基于模态应变能变化率的L形管道损伤识别 被引量：3

16

作者 黄子川 马骐 +2 位作者 张丹富 白冰洁 杜国锋 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第S02期169-176,共8页

为识别L形管道的局部损伤,根据局部结构的振型、刚度矩阵和固有频率,得到管道局部的模态应变能变化率指标,并利用有限元软件ABAQUS模拟不同参数模型,得到低阶模态数据以及管道各单元的模态应变能变化率。模拟结果表明:采用该损伤指标,... 为识别L形管道的局部损伤,根据局部结构的振型、刚度矩阵和固有频率,得到管道局部的模态应变能变化率指标,并利用有限元软件ABAQUS模拟不同参数模型,得到低阶模态数据以及管道各单元的模态应变能变化率。模拟结果表明:采用该损伤指标,能够较好地确定L形管道的损伤位置,并且直管单元比弯曲单元对该指标更敏感;对同一单元不同损伤程度的对比,可以反映其损伤程度的大小;对L形管道不同弯曲角度进行模拟,该指标对不同弯曲角度L形管道的损伤识别具有普遍性;对L形管道不同缺陷长度进行模拟,模态应变能变化率指标在缺陷取周向长度的1/32时达到极限。 展开更多

关键词 L形管道 模态应变能变化率 损伤识别

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基于振型扩充的模态应变能法在结构损伤识别中的应用 被引量：3

17

作者 许微微 丁晓唐 肖烨 《四川建筑科学研究》 北大核心 2008年第6期91-93,共3页

单元模态应变能法诊断结构损伤时需要完整振型,而实测振型往往是不完备的。以平面框架和板为例,基于理论自由度和实测自由度相匹配的原则,对不完备的实测振型信息扩充后进行损伤识别。结果表明,当仅测得不完备的振型向量时,单元模态应... 单元模态应变能法诊断结构损伤时需要完整振型,而实测振型往往是不完备的。以平面框架和板为例,基于理论自由度和实测自由度相匹配的原则,对不完备的实测振型信息扩充后进行损伤识别。结果表明,当仅测得不完备的振型向量时,单元模态应变能法能很好地对损伤结构进行破损位置和程度的识别。该方法简单易行,可为实际工程应用提供参考。 展开更多

关键词 损伤识别 振型扩充 自由度匹配 模态应变能

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主动防护发射转台静态与模态特性分析 被引量：7

18

作者 陆谦 陈曦 +2 位作者 许国杰 杜忠华 隋红霞 《兵器装备工程学报》 CAS 北大核心 2019年第1期106-110,共5页

使用ANSYS Workbench对某主动防护发射转台主要承力对象进行了静力学和模态分析,得到其应力云图与变形云图及前6阶固有频率与振型,确定在静压情况下主动防护发射转台中最薄弱的构件为底板,但变形量较小可从控制方面给予补偿,其1阶模态... 使用ANSYS Workbench对某主动防护发射转台主要承力对象进行了静力学和模态分析,得到其应力云图与变形云图及前6阶固有频率与振型,确定在静压情况下主动防护发射转台中最薄弱的构件为底板,但变形量较小可从控制方面给予补偿,其1阶模态固有频率为157. 81 Hz,远大于其工作频率,不会产生共振;确定了主动防护发射转台中对发射精确度影响最大的因素,验证了主动防护发射转台结构的可行性,从而为今后的优化提供指导。 展开更多

关键词 主动防护 发射转台 静力学分析 模态分析 应力应变云图 固有频率 振型

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约束阻尼控制锥筒塔架的阻尼特性分析与试验研究 被引量：2

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作者 乐治济 孙飞飞 蔡小莹 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期867-880,共14页

海上风力发电塔会受到风荷载、波浪荷载等多种复杂动力荷载的作用,有必要对其进行振动控制.大径厚比的锥筒塔架结构是海上风力发电塔的重要支撑结构形式.本文提出约束阻尼控制风电塔筒的方案,并研究了约束阻尼对典型锥筒结构低阶模态阻... 海上风力发电塔会受到风荷载、波浪荷载等多种复杂动力荷载的作用,有必要对其进行振动控制.大径厚比的锥筒塔架结构是海上风力发电塔的重要支撑结构形式.本文提出约束阻尼控制风电塔筒的方案,并研究了约束阻尼对典型锥筒结构低阶模态阻尼特性影响.首先,建立锥筒结构的有限元模型,利用模态应变能法计算复合结构的模态损耗因子,并讨论了布置位置对模态损耗因子的影响.进一步地,通过锥筒结构模型的锤击模态试验测量得到结构模态频率与阻尼比,结果表明,利用约束阻尼可有效提高锥筒支撑结构的模态阻尼. 展开更多

关键词 约束阻尼 海上风力发电塔 锥筒塔架 模态应变能法 模态损耗因子

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火箭蒙皮上L型梁损伤识别方法的仿真研究 被引量：2

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作者 陈家照 毛行 《噪声与振动控制》 CSCD 2018年第A02期694-698,共5页

利用基于模态应变能的损伤识别方法,对火箭蒙皮上L型梁进行损伤识别方法的可行性研究。该损伤识别方法以结构损伤导致模态参数变化为依据,通过对比损伤前后模态应变能变化率以及模态应变能曲率差构建损伤识别指标。在无噪声的情况下,两... 利用基于模态应变能的损伤识别方法,对火箭蒙皮上L型梁进行损伤识别方法的可行性研究。该损伤识别方法以结构损伤导致模态参数变化为依据,通过对比损伤前后模态应变能变化率以及模态应变能曲率差构建损伤识别指标。在无噪声的情况下,两个指标都能较准确地识别及定位出损伤,且模态应变能曲率差的识别效果要好于模态应变能变化率。最后在随机噪声的情况下,发现两个指标在模态数据测试较多及噪声水平不是很高的情况下,识别效果较好。 展开更多

关键词 振动与波 L型梁 结构损伤识别 模态应变能变化率 模态应变能曲率差 随机噪声

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