收藏本站
《清华大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于P型有限元法的裂纹结构动力学分析与故障诊断研究

余志刚  
【摘要】: 裂纹是工程结构中最常见的一种损伤模式,严重威胁着结构的完整性和安全性。基于振动特征的裂纹诊断方法由于具有测试整体性和在线性等诸多特点而受到了广泛的关注和重视。为了实现裂纹的定量辩识,通常的方法是对动力学模型中的裂纹参数通过某种方式加以调整使得计算结果与参考结果间差异最小,最后的裂纹参数即为辩识结果。由此可见,裂纹的定量辩识对动力学计算模型和裂纹参数搜索两方面的效率要求非常高,关系到其在工程实际中是否具有应用价值。论文的主要目的就是在基于振动信号的裂纹故障诊断理论框架下,研究提出精确而高效的动力学分析模型与裂纹辩识方法,为实现裂纹的在线监测和诊断提供一种切实可行的方案。 论文分析了均质和非均质材料梁中各式裂纹在典型载荷作用下的局部柔度,给出了其显式表达式。提出了基于裂纹集中柔度模型和p型有限元方法的裂纹梁结构动力学特性和响应分析方法。通过与实验值以及常规有限元计算结果的比较表明该方法具有计算精度高、收敛速度快等优点。利用该p型有限元方法研究了在关键领域有广泛应用但以往研究鲜有涉及的几类工程结构,包括几何非均匀梁、材料非均匀梁和旋转变截面梁在出现裂纹前后的动力特性,讨论了相关参数如裂纹深度、裂纹位置、边界条件、高度变化率、材料梯度率、旋转速度等对于其振动特性的影响。 针对单变量型有限元法在计算其它场变量时的精度损失问题,提出了多变量p型有限元方法。该方法以广义变分原理和函数逼近理论为基础,不仅能够同时准确地求解出多个场变量,而且还有很好的收敛性能。该方法可以作为基于应力、应变等变量的结构完整性监测和评估技术的有力支持。 对现代免疫算法在裂纹定量辩识上的应用进行了初步的尝试。提出了一种用于裂纹辩识的改进型目标函数,并通过免疫智能算法对该目标函数模型进行寻优。算例和实验研究表明该方法能够有效地解决裂纹的定量辩识问题。该研究不仅拓宽了免疫算法的应用范围,同时也为裂纹的检测和识别开辟了一种新的途径。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O346.1

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘文光;结构共振疲劳试验及裂纹构件的振动疲劳耦合分析[D];南京航空航天大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴国荣;张晓君;;含裂纹梁自由振动分析[J];船舶力学;2007年05期
2 孙增寿,韩建刚,任伟新;基于小波分析的结构损伤检测研究进展[J];地震工程与工程振动;2005年02期
3 冯新,李国强,周晶;土木工程结构健康诊断中的统计识别方法综述[J];地震工程与工程振动;2005年02期
4 雷宣扬,宋希庚;裂纹梁单元在曲轴裂纹分析中应用[J];大连理工大学学报;2003年05期
5 黄义,韩建刚;中厚板问题的多变量小波有限元法[J];工程力学;2005年02期
6 陈梦成,汤任基;裂纹梁动态响应有限元分析中的线弹簧模型[J];工程力学;1996年04期
7 吴宁祥;吴克勤;由美雁;谢里阳;;裂纹梁的动态特性仿真[J];工程设计学报;2006年04期
8 邢德顺;带单侧裂纹楔梁动力特性研究[J];航空动力学报;1999年04期
9 刘晓波,黄其柏;转子叶片裂纹扩展故障诊断实验研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2005年09期
10 王志华;赵勇刚;马宏伟;;梁结构中裂纹参数识别方法研究[J];计算力学学报;2006年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩建刚,黄义,暴瑛;多变量小波有限元法在求解中厚板问题中的应用[J];四川建筑科学研究;2004年04期
2 王利恒;周锡元;阎维明;;结构损伤检测方法的一些新进展[J];四川建筑科学研究;2005年06期
3 吴体;肖承波;熊峰;;建筑结构中的振动问题与对策[J];四川建筑科学研究;2006年06期
4 张华智;冯毅芳;;利用小波分析方法识别结构模态参数[J];四川建筑科学研究;2007年06期
5 周俐俐;曹国;张欣;;基于单元平均应变的结构多损伤静态识别[J];四川建筑科学研究;2007年06期
6 何广杰;;克隆选择算法及其在路基工程中的应用[J];四川建筑科学研究;2009年01期
7 吴体;解振涛;王永维;罗苓隆;;结构动力特性测试在优秀历史建筑保护中的应用[J];四川建筑科学研究;2010年06期
8 肖烨;陈剑毅;易萍华;;自由度匹配技术在框架结构损伤识别中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2011年02期
9 沈小璞,陈荣毅;状态空间法解厚薄圆板弯曲的多变量问题[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年01期
10 沈小璞;状态空间法分析地下厚薄壁多层压力管的应力问题[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢永;蔡国平;刘松;;基于输入和输出数据的柔性板的时域空间建模与主动控制研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 洪露;穆志纯;;一种新的克隆混沌调节算法的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 张明星;柳亦兵;辛卫东;;基于时域方法的核电站沸水反应堆试验模态参数识别[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 洪露;;一种改进克隆选择算法的收敛速度方法研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
5 于红军;吴林志;果立成;;基于非均匀单元有限元法的功能梯度材料三维断裂行为数值分析[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
6 冉景洪;季辰;刘子强;赵玲;;机翼风洞颤振试验模型的地面振动实验研究[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
7 屈文忠;蔡元奇;朱以文;;基于频响函数和主成份分析的结构损伤检测方法研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
8 姚学锋;许蔚;;功能梯度材料断裂力学的若干进展[A];损伤、断裂与微纳米力学进展:损伤、断裂与微纳米力学研讨会论文集[C];2009年
9 黄国君;黄晨光;江中华;刘乙君;伍敏;;基于光纤光栅的结构健康监测技术及应用研究[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年
10 王建兵;刘保东;;应用振动功率流分析支座对桥梁抗震性能的影响[A];建筑声学设计与环境噪声控制暨新材料、新产品应用交流会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭庆勇;非保守系统Fourier卷积型拟变分原理研究及应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 周平;柔体动力学初值问题拟变分原理及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 吴德烽;计算智能在三维表面扫描机器人系统中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
5 包兴先;基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D];中国海洋大学;2010年
6 汪忠明;基于非局部增强梯度模型的混凝土断裂损伤研究[D];合肥工业大学;2010年
7 雷金;洛仑兹平面电机的结构动态特性研究[D];华中科技大学;2010年
8 谭林;基于动力指纹的结构损伤识别可靠度方法研究[D];华南理工大学;2010年
9 杨陈;低噪声轻量化单缸柴油机的虚拟设计技术研究[D];浙江大学;2009年
10 郭磊;车用动力总成结构振动噪声的虚拟预测与分析技术研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 符俊杰;敷设粘弹阻尼的矿用溜槽振动特性研究[D];山东科技大学;2010年
2 俞顺;基于模型修正及体系可靠度的桥梁结构性能评价[D];郑州大学;2010年
3 张科;薄膜/基体系统三维压痕实验力学模型研究[D];郑州大学;2010年
4 张波;基于提升小波变换的框架结构损伤检测[D];郑州大学;2010年
5 刘志慧;钢夹层板船体结构强度分析方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 修孝廷;双层周期加筋板声学特性数值方法研究[D];大连理工大学;2010年
7 冯宇剑;螺旋桨脉动压力识别[D];大连理工大学;2010年
8 郭义杰;基于声传递分析的齿轮箱噪声控制研究[D];大连理工大学;2010年
9 薛明玉;遗传算法和神经网络在结构损伤识别中的应用[D];大连理工大学;2010年
10 魏卓群;GPU并行免疫算法在冷轧生产调度中的应用[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周敏亮;陈忠明;;飞机结构的随机振动疲劳分析方法[J];飞机设计;2008年02期
2 朱学旺;刘青林;;交叉模态对结构随机振动疲劳损伤的贡献[J];中国工程科学;2008年10期
3 陆榕海,廖振魁;略论发动机涡轮叶片的振动疲劳[J];洪都科技;1997年01期
4 何泽夏;;振动与疲劳[J];火箭推进;1994年03期
5 姚起杭;谈谈加速振动试验问题[J];航空标准化;1975年06期
6 李晶;吴柏生;;基于广义柔度矩阵的结构损伤识别方法[J];吉林大学学报(理学版);2009年04期
7 毛罕平,陈翠英;考虑动应力时加载频率对裂纹扩展速率的影响[J];江苏工学院学报;1993年06期
8 姚起杭,姚军;结构振动疲劳问题的特点与分析方法[J];机械科学与技术;2000年S1期
9 林凯,吕国志;动力学环境下含裂纹板力学性能分析与试验[J];机械科学与技术;2000年S1期
10 张积亭,周苏枫;飞机典型构件振动疲劳寿命分析[J];机械科学与技术;2002年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 王瑞杰;基于动态响应分析的点焊接头疲劳损伤与寿命预测[D];北京工业大学;2008年
2 黄建亮;轴向运动体系的非线性振动研究[D];中山大学;2004年
3 胡家顺;裂纹管结构的振动分析与裂纹识别[D];大连理工大学;2009年
4 李学平;裂缝损伤结构动力分析及其识别方法研究[D];中南大学;2009年
5 张家滨;基于子空间算法的结构模态参数识别与在线监测研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 王明珠;结构振动疲劳寿命分析方法研究[D];南京航空航天大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 顾超林;加筋板连接件的振动疲劳研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 孙伟;结构振动疲劳寿命估算方法研究[D];南京航空航天大学;2005年
3 葛海斌;汽轮机叶片振动疲劳试验及其自动控制系统开发[D];浙江大学;2006年
4 高金贺;飞机结构联接件振动损伤特性研究[D];沈阳航空工业学院;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨建良,向清,黄德修,郭照华;复合材料结构内状态参数无损检测的新方法[J];材料工程;1997年10期
2 鞠彦忠,盛严,陈景彦,陈建华,扬湘江;基于模型修改的结构损伤检测[J];东北电力学院学报;2000年04期
3 陈隽,李杰;部分输入未知条件下的结构系统识别研究[J];地震工程与工程振动;1998年04期
4 李宏男,李东升,赵柏东;光纤健康监测方法在土木工程中的研究与应用进展[J];地震工程与工程振动;2002年06期
5 林言丽,郭杏林;含裂纹的周期简支梁振动功率流特性[J];大连理工大学学报;2004年02期
6 吴耀军,陶宝祺,史习智;基于小波包技术的复合材料损伤检测[J];复合材料学报;1997年04期
7 陶云刚,韩永华,周洁敏;子波变换在复合材料损伤主动监测中的应用[J];复合材料学报;1998年04期
8 任伟新;环境振动系统识别方法的比较分析[J];福州大学学报(自然科学版);2001年06期
9 易伟建,刘霞;基于遗传算法的结构损伤诊断研究[J];工程力学;2001年02期
10 孙宗光,高赞明,倪一清,丁皓江;斜拉桥桥面结构损伤位置识别的指标比较[J];工程力学;2003年01期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 姜绍飞;倪一清;高赞明;;基于概率神经网络的青马悬索桥损伤定位的仿真研究[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
2 欧进萍;;重大工程结构的智能监测与健康诊断[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李世荣;苏厚德;程昌钧;;热环境中粘贴压电层功能梯度材料梁的自由振动[J];应用数学和力学;2009年08期
2 李琳;周振功;王彪;;条状功能梯度材料中偏心裂纹对反平面简谐波的散射问题[J];应用数学和力学;2006年06期
3 李学平;余志武;;含多处裂纹梁的振动分析[J];应用力学学报;2007年01期
4 陈得良;王文亭;刘峰;;考虑钢筋约束效应的开裂混凝土梁的自由振动[J];长沙理工大学学报(自然科学版);2011年02期
5 黄小林,沈惠申;热环境下功能梯度材料板的自由振动和动力响应[J];工程力学;2005年03期
6 魏玉宏;熊晓燕;;裂纹梁的有限元分析[J];煤矿机械;2009年03期
7 胡家顺;孙文勇;周晶;;含圆周非贯穿裂纹悬臂管道的振动分析与裂纹识别[J];振动与冲击;2011年05期
8 Z·伊克巴尔;M·N·纳伊姆;N·萨尔塔纳;S·H·阿沙德;A·沙赫;吴承平;;充液功能梯度材料圆柱壳振动特性的波动解[J];应用数学和力学;2009年11期
9 雒孟康;;离心泵常见故障诊断及分析方法[J];甘肃科技;2010年16期
10 Y·比德几里里;A·图斯;H·M·贝拉巴赫;I·米查贝;E·A·阿达·贝达牙;S·贝奈沙;黄绍红;;纤维体积分数可变的复合材料梁计及转动惯量和剪切变形时的固有频率[J];应用数学和力学;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 党育哲;;低速爬行的原因分析及诊断[A];第二届全国流体传动及控制工程学术会议论文集(第一卷)[C];2002年
2 罗跃纲;张松鹤;吴斌;闻邦椿;;转子系统裂纹故障诊断研究[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
3 汪越胜;黄干云;余寿文;;热载下功能梯度材料裂纹问题的新分层模型[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
4 郝育新;张伟;;具有表面裂纹的功能梯度材料板非线性频率分析[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
5 余志刚;卢文秀;褚福磊;;基于P型有限元和免疫算法的梁裂纹识别方法[A];2008年全国振动工程及应用学术会议暨第十一届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2008年
6 于红军;吴林志;果立成;贺启林;;功能梯度材料层合板内跨界面Ⅰ型裂纹数值分析[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
7 仲政;;功能梯度材料结构的力学模型与数值方法[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
8 姚学锋;张进军;胥红敏;王鹏;;功能梯度材料应力奇异性的相干梯度敏感干涉实验研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
9 陈雪峰;李兵;何正嘉;;基于小波有限元模型的转辙机裂纹故障诊断[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
10 井璐璐;郑保敬;戴保东;;功能梯度材料的无网格局部Kriging法[A];力学与工程应用(第十三卷)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 黄安华;液压制动系统的故障诊断[N];中国汽车报;2002年
2 李萍;济钢EAM离线网络点检和故障诊断管理系统开发应用[N];世界金属导报;2007年
3 胡荣山 马巍;上海海大一课题列入国家“863”计划[N];中国船舶报;2007年
4 孙建阳 刘波;小型渔船柴油机故障诊断与排除[N];中国渔业报;2008年
5 见习记者 仝亚娜;孙彦广:冶金故障诊断设备前景广阔[N];机电商报;2005年
6 小田;网卡故障诊断[N];中国电脑教育报;2000年
7 陈全东;干式复合“粘边”故障诊断[N];中国包装报;2003年
8 龚献荣;大型天然气装置实现网络化监测[N];中国化工报;2005年
9 周传勇 杜慧;济钢网络化设备点检与故障诊断管理系统上线运行[N];世界金属导报;2008年
10 汤怀京;WLAN也有“线”[N];中国计算机报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 余志刚;基于P型有限元法的裂纹结构动力学分析与故障诊断研究[D];清华大学;2009年
2 宋其江;基于有向图模型的故障诊断方法研究及其在航天中的应用[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 陈非;基于过程信息融合的旋转机械信息(火用)故障诊断研究[D];华中科技大学;2010年
4 冯志鹏;计算智能在机械设备故障诊断中的应用研究[D];大连理工大学;2003年
5 胡家顺;裂纹管结构的振动分析与裂纹识别[D];大连理工大学;2009年
6 何小斌;基于统计学方法的自适应过程监控与故障诊断[D];上海交通大学;2009年
7 宋凯;基于PLS的统计质量监控研究与应用[D];浙江大学;2005年
8 李敏;复杂机械基于数据的建模与故障诊断[D];太原理工大学;2010年
9 鲁峰;航空发动机故障诊断的融合技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
10 蒋斌;机电系统故障诊断的理论与应用研究[D];浙江大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邓超;功能梯度材料扁锥壳的非线性振动和静动力稳定性分析[D];暨南大学;2009年
2 周宏亮;功能梯度材料热弹性断裂问题研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 张伟伟;基于小波理论的结构损伤识别方法研究[D];太原理工大学;2006年
4 武敏;磁场驱动法制备Ni/环氧树脂功能梯度材料研究[D];浙江大学;2011年
5 于洪;功能梯度材料抗侵彻性能试验研究[D];西北工业大学;2004年
6 陈野;基于不同梯度模式的功能梯度圆形弹性薄板的振动特性[D];吉林大学;2008年
7 郑慧雯;金属有机化学气相沉积法制备功能梯度材料的方法和机理的研究[D];西南师范大学;2004年
8 张旭;基于广义分形的旋转机械动力学分析与故障诊断的研究[D];沈阳工业大学;2004年
9 李微;抛丸机叶片的设计及分析[D];吉林大学;2007年
10 曹金玲;12m~3机械式挖掘机回转制动器动力学仿真研究[D];吉林大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026