基于小波包分析与支持向量机的斜拉索损伤识别

斜拉索作为斜拉桥的主要受力构件,其损伤将直接威胁斜拉桥的运营安全。现提出一种基于小波包分析与支持向量机相结合的斜拉索损伤识别新方法。利用小波包理论对索梁锚固点的加速度时程响应进行小波包分解,构造小波包能量变化率指标,以该指标作为支持向量机的输入参数,定义斜拉索的刚度折减为损伤因子表示斜拉索损伤程度作为支持向量机的输出,通过支持向量机损伤识别模型对斜拉索损伤进行识别定位,并以实验室独塔斜拉桥模型进行了数值验证。结果表明:该方法能较好地识别斜拉索损伤,且受输入向量位置及个数影响较小,随着损伤程度的增加,平均预测误差逐渐减小。本方法对噪声污染具有一定的鲁棒性。     

基于格拉姆角场和卷积神经网络的斜拉索损伤识别研究

斜拉索是斜拉桥的重要受力构件，也是易损构件，针对此提出了一种基于格拉姆角场和卷积神经网络(GAF-CNN)的斜拉索损伤识别方法。首先，利用格拉姆角场对斜拉索进行特征提取，将斜拉索的加速度信号转化为二维图像，构建GAF图像数据集；然后，基于迁移学习构建适用于斜拉索损伤识别的CNN网络并进行训练。数值仿真结果表明，该方法能够有效识别斜拉索损伤，具有较高的准确率和良好的抗噪性能。     

斜拉索火致损害及换索模拟计算分析

以某斜拉桥拉索火灾事故为背景,通过选取钢绞线拉索过火损伤变量模型,建立该桥的有限元模型进行模拟计算,对拉索火灾前后和换索修复前后斜拉桥的工作性能进行了比较,可为换索施工提供理论依据。     

斜拉桥主梁损伤对车激索力响应的影响研究

以斜拉桥的损伤识别为目的,提出了一种索力比指标,研究了斜拉桥在车辆荷载激励下,主梁发生损伤时斜拉索索力比指标的变化规律。以实验室独塔斜拉桥试验模型为研究对象,基于ANSYS建立其空间板壳有限元模型,以单元刚度的折减模拟主梁损伤,对主梁在不同位置损伤、不同程度损伤两类工况下,车辆荷载激励下斜拉索的索力比指标变化进行了数值仿真。结果表明：车辆荷载激励下,斜拉索的索力比指标与主梁的损伤位置和损伤程度存在一定的对应关系。为后续基于车辆荷载激励下的索力响应指标识别斜拉桥损伤方法的研究提供了重要的参考,具有一定的理论意义。     

基于全寿命设计理论的斜拉桥拉索体系选择研究

全寿命设计理论是基于生命周期造价最低的理念,综合考虑规划、设计、施工以及耐久性设计、管养设计、拆除、回收再利用设计、风险评估及保险策略和全寿命周期成本分析等方面,使桥梁设计达到安全、经济、耐久及环保等。在分析斜拉桥拉索体系特点的基础上,重点比较了平行钢丝拉索和钢绞线拉索的各项技术指标以及两者在施工过程中的特点,结合全寿命设计理论,从全寿命造价最低及可持续发展的角度,得出钢绞线拉索体系较平行钢丝拉索体系优越的结论。建议在斜拉桥的施工中,多应用钢绞线拉索体系。     

斜拉索足尺疲劳试验的关键问题

随着斜拉桥建设的增多,斜拉索的疲劳问题越来越突出。作为研究斜拉索疲劳性能的主要手段,拉索足尺疲劳试验因其规模大、成本高等原因,在世界范围尤其是国内所进行的次数并不多。在研究国内外相关文献的基础上,提出了斜拉索疲劳的安全度准则及试验抽样方法,总结了疲劳试验参数的确定方法并比较了国内外规范的相关规定,研究并总结了目前为止国内外主要的拉索足尺疲劳试验,并介绍了疲劳试验常用的加载方式。     

轴向流对斜拉索气动稳定性影响的试验研究

在特定的风雨条件下,斜拉桥的斜拉索会发生激烈的风雨振现象,这种振动会造成索-梁和索-塔锚固区结构的疲劳损伤等一系列问题.因此,研究并明确斜拉索风雨振的机理,从而找到这种振动的控制方法,已经成为紧迫的研究课题.通过风洞试验测量了倾斜索模型的轴向流强度和脉动升力的大小,分析了轴向流对卡门涡脱落的影响及对低频率成分涡的形成的影响,指出轴向流能抑制卡门涡的脱落,并促进低频率成分的涡的产生,索在这两方面因素的作用下容易发生发散振动.     

偏转角对不同腐蚀程度钢绞线力学性能及蚀坑应力影响研究

研究不同轴偏转角下腐蚀钢绞线的力学性能,采用铜盐醋酸盐雾试验法对镀锌高强钢丝钢绞线分别进行静态腐蚀和应力腐蚀试验。对不同腐蚀程度钢绞线进行4个不同偏转角(0、10、20、30 mrad)静力拉伸试验,并利用Ansys Workbench对钢绞线蚀坑模型进行有限元分析,研究偏转角对不同位置的蚀坑应力影响规律。研究结果表明,钢绞线在受到拉力的作用下会加快钢绞线的腐蚀速率,显著大于静态腐蚀,导致钢绞线表面更容易产生缺陷。不同偏转角下腐蚀钢绞线的破坏一般发生在锚固端外丝,其破断力值随轴偏转角度增大而减小。钢绞线表层存在蚀坑时会产生应力集中现象,并且偏转角对锚固端位置的蚀坑应力贡献度显著,严重削弱钢绞线抗拉性能。     

微藻油改性沥青混合料疲劳性能

为研究微藻油(Microalgae oil, MAO)改性沥青混合料疲劳性能,通过四点弯曲疲劳试验测试不同温度和应变下MAO和SBS 2种改性沥青混合料疲劳寿命并建立基于Weibull分布的疲劳方程,借助红外光谱分析MAO改性沥青分子组成。结果表明,2种改性沥青混合料疲劳寿命均服从三参数Weibull分布;相同应变时MAO改性沥青疲劳寿命在30℃时最优,40℃时降低幅度随应变水平不同差异显著,600με降幅最大74%;温度不变应变增加时,不同温度下疲劳寿命变化不显著,由200με增加到400με时降幅约为60%,增加到600με时降幅约为85%;MAO改性沥青混合料疲劳寿命整体约为SBS改性沥青混合料的1.1倍～1.4倍,两者随应变和温度的变化趋势基本一致。疲劳方程表明MAO改性沥青混合料疲劳寿命对应变水平较敏感。相比SBS改性沥青,MAO改性沥青芳香族C-H较多,同时新增了羧基和C=O基团。     

风力机塔筒法兰联接螺栓疲劳寿命预测

针对风力机塔筒法兰联接螺栓结构特殊、受力复杂、易于失效等特点,采用有限元法建立塔筒截面外载荷与螺栓内应力的关系,应用工程算法计算螺栓时序内应力;基于GL2010规范,选择塔筒法兰联接螺栓材料的S-N曲线;基于S-N曲线全寿命分析法计算整圈螺栓的疲劳强度并确定最危险部位;采用螺纹联接轴对称模型进一步准确计算危险部位螺栓的疲劳累积损伤,结果表明其疲劳寿命满足要求,提出的方法在预测塔筒法兰联接螺栓疲劳寿命时具有可行性和有效性。     

基于应力强度干涉模型的疲劳损伤研究

基于Miner法则,分析了工程上常用的阶梯谱级数对疲劳寿命精度的影响．建立了变换的JS-N曲线与阶梯谱拟合曲线的应力强度干涉数学模型,采用参数求解的数值解析法得到参数,并推导出了疲劳损伤的积分公式．对铁路货车转向架侧架运行36万公里（一个段修期）内分阶段的多次载荷谱测试数据进行分析,得出随着各阶段阶梯谱离散级数的增大,损伤成收敛趋势,寿命预测精度高．采用本文的分析方法,建立了侧架一个段修期的载荷谱概率模型,预测了侧架的寿命及其可靠性．     

钢芯铝绞导线的微动疲劳及其寿命预测

在自制的微动试验装置上，对钢芯铝绞导线（ACSR）进行微动试验研究。观察铝股线的断裂情况及断口特征，探讨导线的微动损伤机制。基于导线微动疲劳断裂机制，建立断裂力学寿命预测模型，对导线寿命进行预测。结果表明：ACSR导线微动疲劳过程中，内外层AI股线的断股都发生在高应力区，导线断口呈现正断口、45°口和“V”形断口三种形态；断口由疲劳源区、疲劳裂纹扩展区及瞬断区三个不同形貌特征区域构成。寿命预测结果与实际试验结果相对误差较小。准确度较高。     

有机玻璃表面裂纹疲劳扩展仿真研究

针对有机玻璃构件在服役过程中常因交变载荷而导致表面裂纹的产生和疲劳扩展,进而引起断裂的行为,课题组通过仿真研究来预测有机玻璃的表面裂纹疲劳扩展寿命。采用7点递增多项式法拟合疲劳裂纹扩展速率得到材料参数;基于裂纹尖端应力场分析软件,将穿透直裂纹测定的材料参数准确应用到表面裂纹的寿命预测上;采用表面裂纹疲劳扩展试验用于验证仿真结果。研究结果表明利用该方法预测的表面裂纹扩展寿命、裂纹扩展形貌与试验吻合较好。该项研究为有机玻璃结构的损伤容限设计提供了一定的参考。     

某重型载货汽车车架柔性化建模及疲劳分析

针对某重型载货汽车车架局部出现的疲劳寿命问题,通过有限元理论生成车架的模态中性文件,并对车架进行静力分析及强度校核。利用虚拟样机技术,建立考虑车架弹性的整车刚柔耦合模型,并对刚柔耦合整车模型进行随机路面不同速度下的整车动力学仿真,提取车架关键边界载荷谱。利用S-N疲劳设计方法,选用疲劳分析软件nCode Design-Life对车架进行疲劳可靠性分析,得到车架在不同工况以及不同车速下的疲劳寿命结果及损伤位置。结果表明:车架的最小寿命满足行驶要求,并为车架的优化设计提供了理论依据。     

Spark平台下基于优化BP神经网络模型的接触疲劳剩余寿命预测

针对海量监测数据背景下传统方法难以实现对机械装备/零部件状态的可靠诊断与预测等问题,以自主研发的滚动接触疲劳试验装备为依托,提出了一种Spark平台下基于优化BP神经网络模型的接触疲劳剩余寿命预测方法。引入基于指数衰减的周期性学习率改进BP神经网络优化模型,结合并行化技术构建了Spark平台下基于优化BP神经网络的接触疲劳剩余寿命预测模型。结果表明:基于Spark的优化BP神经网络模型能够实现剩余寿命预测,相比传统BPNN模型和SVR模型,预测精度分别提高了4.67%和9.18%,均方根误差分别降低了0.122和0.708,且模型具有更快的收敛速度。     

斜拉桥损伤诊断有限元建模与数据提取方法研究

为便于斜拉桥损伤诊断的快速建模和分析，在已有研究方法基础上，基于ABAQUS有限元软件提供的PYTHON语言接口和GUI程序，提出了一种斜拉桥有限元建模与数据提取的方法。利用RSG构造器和调用Mdb对象中Part与Assembly对象编写程序，提出批量和点选相结合交互生成空间三维钢筋、预应力钢筋和斜拉索的方法；利用RSG构造器和调用Odb数据库中模型数据与结果数据的对象编写程序，提出点选、节点或单元集及编号3种形式相结合提取Odb数据库静力与动力瞬态响应数据到Excel表格的方法。通过算例展示了所提出方法的应用过程，表明了所提出方法的实用与高效。     

最优磁化模型的磁通量传感器仿真实验与应用

为了优化磁通量传感器测量的精度与稳定性,以更好地满足桥梁拉索应力测量需求,根据钢绞线的磁特性曲线与Biot-savar定律,设计了最优激励模型的CCT20穿入式磁通量索力传感器,对其进行拉力试验,并采用有限元软件模拟了张拉试验中传感器测钢绞线的全过程,还提出了相关性系数来增强试验与仿真间的可对比性,模拟结果与试验结果基本吻合,证明了有限元模型的有效性,进一步分析了传感器对钢绞线的磁化效果。试验及仿真结果表明,穿入式传感器测量结果与钢绞线张力呈线性关系,多次重复测量性能优于0.3%;传感器设计励磁源下,钢绞线被测区域磁感应强度为0.77 T,位于钢绞线最大磁导率附近,获得最佳测量效果,励磁模型达到最优。并对汕头新津河特大桥拉索进行了应力状态检测,最终得出结论,CCT20穿入式磁通量索力传感器测量结果准确,最大测量偏差为0.8%。     

盐水泥浆中碳钢的腐蚀疲劳断裂

钻井液中钻具因受到各种作用应力,加上井下高温高压的腐蚀环境,使其易发生腐蚀疲劳断裂。为探讨钻具的断裂过程以期能找到有效的防护措施,实验室内建立了模拟试验装置。针对盐水泥浆中45钢的腐蚀疲劳断裂行为,通过自制的旋转弯曲腐蚀疲劳试验机,模拟钻具的运转受力情况,研究了不同泥浆介质、应力、载荷频率和温度对45钢腐蚀疲劳断裂行为的影响,并结合动态腐蚀试验和断口分析,讨论了各影响因素的作用。结果表明,盐水泥浆的pH值、Cl-含量等对45钢的疲劳寿命有直接影响,腐蚀疲劳寿命与与局部腐蚀的程度大小有密切关系;随着加载频率的增大,45钢的腐蚀疲劳寿命有较大提高;在15~80℃温度范围内,45℃左右时45钢的腐蚀疲劳寿命最短。     

空间索面独塔钢箱梁斜拉桥索力优化

空间索面斜拉桥由于结构特殊性,索力相互影响复杂,其合理成桥索力以及施工张拉力调整是需要解决的关键问题。为对以上问题进行研究,以石家庄市学府路斜拉桥为工程背景,将结构的弯曲和拉压应变能之和最小作为目标函数,通过控制主梁的挠度、弯矩和斜拉索索力等条件,采用影响矩阵法求解了成桥索力。结合钢箱梁斜拉桥先梁后索的施工特点,研究了不同斜拉索张拉方案的可行性。结果表明,求解得到的最优索力与设计索力误差很小,索力分布合理;通过正装迭代法求解得到不同方案的斜拉索张拉力及成桥索力,分析确定了最优的斜拉索张拉方案,为工程实际提供参考。     

基于AAR标准的石砟漏斗车疲劳寿命评估

AAR评定标准由北美铁路协会制定,可用于铁路货车寿命疲劳评估。以某公司正在研制的米轨石砟漏斗车为例,使用ANSYS Workbench建立了该车的有限元模型,分别进行了垂向静载、纵向拉伸、纵向压缩和扭转4种工况下的应力分析,选取100 t无盖漏斗车相应载荷谱,以名义应力法和Miner线性累积损伤理论进行计算,基于AAR标准编写了寿命评估Matlab程序,评估结果表明寿命满足设计要求。