基于虚拟变形法的轨道结构损伤识别方法研究
发布时间：2021-03-05 10:39
轨道结构在列车动荷载、温度及其他环境因素的影响下将不可避免的出现一些病害,对列车运行的舒适性和安全性造成不利的影响。基于结构动态响应信息的损伤识别方法利用了结构最基本的动力特性,在土木工程领域得到了广泛的推广和应用。然而由于轨道结构损伤的隐蔽性和对结构的动力响应影响较小等特点,目前要准确的识别损伤还存在一定的困难。因此,针对轨道结构损伤的特点,本文研究基于虚拟变形法的附加虚拟质量方法基本理论及其在轨道结构损伤识别中的应用。主要的研究内容如下:（1）基于虚拟变形法的改进目标函数的损伤识别方法。利用结构的频率响应代替传统目标函数中的频率和振型项,同时利用子结构虚拟变形法快速计算结构的频率响应,避免优化过程中结构系统矩阵和特征值的重新计算,提高优化效率,并用八层框架结构在多种损伤工况下的数值模拟验证了方法的有效性。（2）基于结构频域响应的虚拟质量估计方法。在基于虚拟变形法的附加虚拟质量方法的理论基础上,研究在设定结构激励频率的前提下,利用结构频率响应确定结构附加虚拟质量的直接估计方法及改进估计方法,并利用简支梁模型给出了数值模拟的结果,验证了所提出方法的有效性。（3）轨道结构三维有限元模型的...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 损伤识别方法国内外研究现状
1.2.1 基于时域振动响应的损伤识别方法
1.2.2 基于频域响应的损伤识别方法
1.2.3 基于结构模态的损伤识别方法
1.2.4 基于附加物理参数的损伤识别方法
1.3 无砟轨道结构病害及研究现状
1.3.1 无砟轨道结构的病害
1.3.2 无损检测技术的研究现状
1.3.3 基于动态响应的轨道结构损伤识别方法
1.4 存在的问题和思考
1.5 本文的研究内容
2 一种基于虚拟变形法的改进目标函数与结构损伤识别方法
2.1 引言
2.2 损伤识别中的传统目标函数
2.3 基于子结构虚拟变形法的改进目标函数
2.3.1 改进的目标函数
2.3.2 频域的子结构虚拟变形法
2.3.3 目标函数中关键参数的选取
2.4 数值模拟
2.4.1 结构模型建立
2.4.2 结构的响应和模态识别
2.4.3 选取虚拟变形及频率响应的快速计算
2.4.4 结构损伤识别
2.5 本章小结
3 基于频率响应的虚拟质量估计方法
3.1 引言
3.2 附加虚拟质量估计方法
3.2.1 附加虚拟质量的基本思想
3.2.2 附加虚拟质量的直接估计方法
3.2.3 附加虚拟质量的改进估计方法
3.2.4 利用测试数据估计虚拟质量
3.3 基于附加虚拟质量的损伤识别方法
3.3.1 基于单个附加虚拟质量的损伤判别
3.3.2 基于多个附加虚拟质量的损伤识别
3.4 简支梁模型的数值仿真和分析
3.4.1 有限元模型的建立
3.4.2 附加虚拟质量与结构频率的规律分析
3.4.3 虚拟质量的估计
3.4.4 损伤识别方法结果与分析
3.5 单层轨道模型数值仿真与损伤快速定位
3.5.1 模型的建立
3.5.2 损伤定位方法
3.6 本章小结
4 轨道结构的有限元建模与分析
4.1 引言
4.2 轨道结构有限元模型
4.2.1 叠合梁模型
4.2.2 梁-板模型
4.2.3 梁-实体模型
4.3 轨道结构ANSYS有限元建模与分析
4.3.1 模型参数
4.3.2 单元类型选取与建模
4.3.3 网格划分
4.3.4 边界条件处理
4.3.5 结构模态分析
4.4 本章小结
5 基于附加虚拟质量的轨道结构损伤识别
5.1 引言
5.2 三维有限元模型的简化
5.2.1 简化模型的建立
5.2.2 结构模型缩聚
5.3 轨道结构损伤识别
5.3.1 子结构划分
5.3.2 结构层间损伤分析
5.3.3 结构激励和响应
5.3.4 结构损伤识别
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]无砟轨道板脱空检测技术研究[J]. 吴佳晔,王涛,张远军. 铁道建筑. 2017(12)
[2]钢轨损伤的无线传感网络监测系统[J]. 王文皞,王海涛,胡泮,刘强,田贵云,郭瑞鹏. 无损检测. 2017(11)
[3]基于模型修正理论和频响函数模式置信准则的简支梁损伤动力评估方法[J]. 战家旺,李明,卢洋,闫宇智. 土木工程学报. 2017(08)
[4]基于声发射及小波奇异性的钢轨损伤检测[J]. 宋阳,吴凡,刘德扣,刘晓舟,倪一清. 振动与冲击. 2017(02)
[5]基于冲击回波法识别无砟轨道混凝土结构中的蜂窝伤损深度研究[J]. 胡志鹏. 铁道标准设计. 2016(10)
[6]基于振动传递率函数与统计假设检验的海洋平台结构损伤识别研究[J]. 刁延松,徐东锋,徐菁,毛辉. 振动与冲击. 2016(02)
[7]CRTSⅠ型板式无砟轨道脱空状态对结构模态的影响[J]. 郭利康,张四放,杨荣山,赵坪锐,任娟娟. 铁道标准设计. 2015(09)
[8]结构健康监测数据科学与工程[J]. 李惠,鲍跃全,李顺龙,张东昱. 工程力学. 2015(08)
[9]基于不完备实测模态数据的结构损伤识别方法研究[J]. 李世龙,马立元,田海雷,李永军. 振动与冲击. 2015(03)
[10]输入未知条件下基于自适应广义卡尔曼滤波的结构损伤识别[J]. 穆腾飞,周丽. 振动工程学报. 2014(06)
博士论文
[1]基于冲击振动的桥梁快速测试方法与理论创新[D]. 夏琪.东南大学 2017
[2]高速铁路无砟轨道结构伤损行为及其对动态性能的影响[D]. 朱胜阳.西南交通大学 2015
[3]CRTSⅡ型板式轨道层间损伤及其影响研究[D]. 李培刚.西南交通大学 2015
[4]基于声发射技术的钢轨伤损检测与判别研究[D]. 章欣.哈尔滨工业大学 2015
[5]高速铁路无砟轨道结构受力及轮轨动力作用分析[D]. 罗震.西南交通大学 2008
硕士论文
[1]基于振动响应的轨道板裂缝损伤识别研究[D]. 张玉红.石家庄铁道大学 2017
[2]基于模态参数的无砟轨道道床板层间脱空识别研究[D]. 赵佳.石家庄铁道大学 2017
[3]高速铁路路基病害雷达检测技术应用与研究[D]. 王虎.中国地质大学(北京) 2016
[4]基于附加虚拟结构构造的贝叶斯损伤识别方法[D]. 王真真.大连理工大学 2016
[5]病害对高速铁路无砟轨道动态性能的影响[D]. 于龙波.石家庄铁道大学 2016
[6]钢轨无损检测方法及损伤定位初步研究[D]. 宋阳.上海交通大学 2016
[7]高架桥基础上高速铁路无砟轨道结构受力分析[D]. 杨薪.东南大学 2015
[8]基于模态曲率和冲击回波法识别无砟轨道混凝土结构内部伤损[D]. 胡志鹏.西南交通大学 2015
[9]钢轨扣件松脱检测信号的HHT分析方法[D]. 张丽华.大连理工大学 2014
[10]CA砂浆疲劳损伤及其对轨道结构振动响应影响分析[D]. 罗伟.浙江工业大学 2014
本文编号：3065064
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 损伤识别方法国内外研究现状
1.2.1 基于时域振动响应的损伤识别方法
1.2.2 基于频域响应的损伤识别方法
1.2.3 基于结构模态的损伤识别方法
1.2.4 基于附加物理参数的损伤识别方法
1.3 无砟轨道结构病害及研究现状
1.3.1 无砟轨道结构的病害
1.3.2 无损检测技术的研究现状
1.3.3 基于动态响应的轨道结构损伤识别方法
1.4 存在的问题和思考
1.5 本文的研究内容
2 一种基于虚拟变形法的改进目标函数与结构损伤识别方法
2.1 引言
2.2 损伤识别中的传统目标函数
2.3 基于子结构虚拟变形法的改进目标函数
2.3.1 改进的目标函数
2.3.2 频域的子结构虚拟变形法
2.3.3 目标函数中关键参数的选取
2.4 数值模拟
2.4.1 结构模型建立
2.4.2 结构的响应和模态识别
2.4.3 选取虚拟变形及频率响应的快速计算
2.4.4 结构损伤识别
2.5 本章小结
3 基于频率响应的虚拟质量估计方法
3.1 引言
3.2 附加虚拟质量估计方法
3.2.1 附加虚拟质量的基本思想
3.2.2 附加虚拟质量的直接估计方法
3.2.3 附加虚拟质量的改进估计方法
3.2.4 利用测试数据估计虚拟质量
3.3 基于附加虚拟质量的损伤识别方法
3.3.1 基于单个附加虚拟质量的损伤判别
3.3.2 基于多个附加虚拟质量的损伤识别
3.4 简支梁模型的数值仿真和分析
3.4.1 有限元模型的建立
3.4.2 附加虚拟质量与结构频率的规律分析
3.4.3 虚拟质量的估计
3.4.4 损伤识别方法结果与分析
3.5 单层轨道模型数值仿真与损伤快速定位
3.5.1 模型的建立
3.5.2 损伤定位方法
3.6 本章小结
4 轨道结构的有限元建模与分析
4.1 引言
4.2 轨道结构有限元模型
4.2.1 叠合梁模型
4.2.2 梁-板模型
4.2.3 梁-实体模型
4.3 轨道结构ANSYS有限元建模与分析
4.3.1 模型参数
4.3.2 单元类型选取与建模
4.3.3 网格划分
4.3.4 边界条件处理
4.3.5 结构模态分析
4.4 本章小结
5 基于附加虚拟质量的轨道结构损伤识别
5.1 引言
5.2 三维有限元模型的简化
5.2.1 简化模型的建立
5.2.2 结构模型缩聚
5.3 轨道结构损伤识别
5.3.1 子结构划分
5.3.2 结构层间损伤分析
5.3.3 结构激励和响应
5.3.4 结构损伤识别
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]无砟轨道板脱空检测技术研究[J]. 吴佳晔,王涛,张远军. 铁道建筑. 2017(12)
[2]钢轨损伤的无线传感网络监测系统[J]. 王文皞,王海涛,胡泮,刘强,田贵云,郭瑞鹏. 无损检测. 2017(11)
[3]基于模型修正理论和频响函数模式置信准则的简支梁损伤动力评估方法[J]. 战家旺,李明,卢洋,闫宇智. 土木工程学报. 2017(08)
[4]基于声发射及小波奇异性的钢轨损伤检测[J]. 宋阳,吴凡,刘德扣,刘晓舟,倪一清. 振动与冲击. 2017(02)
[5]基于冲击回波法识别无砟轨道混凝土结构中的蜂窝伤损深度研究[J]. 胡志鹏. 铁道标准设计. 2016(10)
[6]基于振动传递率函数与统计假设检验的海洋平台结构损伤识别研究[J]. 刁延松,徐东锋,徐菁,毛辉. 振动与冲击. 2016(02)
[7]CRTSⅠ型板式无砟轨道脱空状态对结构模态的影响[J]. 郭利康,张四放,杨荣山,赵坪锐,任娟娟. 铁道标准设计. 2015(09)
[8]结构健康监测数据科学与工程[J]. 李惠,鲍跃全,李顺龙,张东昱. 工程力学. 2015(08)
[9]基于不完备实测模态数据的结构损伤识别方法研究[J]. 李世龙,马立元,田海雷,李永军. 振动与冲击. 2015(03)
[10]输入未知条件下基于自适应广义卡尔曼滤波的结构损伤识别[J]. 穆腾飞,周丽. 振动工程学报. 2014(06)
博士论文
[1]基于冲击振动的桥梁快速测试方法与理论创新[D]. 夏琪.东南大学 2017
[2]高速铁路无砟轨道结构伤损行为及其对动态性能的影响[D]. 朱胜阳.西南交通大学 2015
[3]CRTSⅡ型板式轨道层间损伤及其影响研究[D]. 李培刚.西南交通大学 2015
[4]基于声发射技术的钢轨伤损检测与判别研究[D]. 章欣.哈尔滨工业大学 2015
[5]高速铁路无砟轨道结构受力及轮轨动力作用分析[D]. 罗震.西南交通大学 2008
硕士论文
[1]基于振动响应的轨道板裂缝损伤识别研究[D]. 张玉红.石家庄铁道大学 2017
[2]基于模态参数的无砟轨道道床板层间脱空识别研究[D]. 赵佳.石家庄铁道大学 2017
[3]高速铁路路基病害雷达检测技术应用与研究[D]. 王虎.中国地质大学(北京) 2016
[4]基于附加虚拟结构构造的贝叶斯损伤识别方法[D]. 王真真.大连理工大学 2016
[5]病害对高速铁路无砟轨道动态性能的影响[D]. 于龙波.石家庄铁道大学 2016
[6]钢轨无损检测方法及损伤定位初步研究[D]. 宋阳.上海交通大学 2016
[7]高架桥基础上高速铁路无砟轨道结构受力分析[D]. 杨薪.东南大学 2015
[8]基于模态曲率和冲击回波法识别无砟轨道混凝土结构内部伤损[D]. 胡志鹏.西南交通大学 2015
[9]钢轨扣件松脱检测信号的HHT分析方法[D]. 张丽华.大连理工大学 2014
[10]CA砂浆疲劳损伤及其对轨道结构振动响应影响分析[D]. 罗伟.浙江工业大学 2014
本文编号：3065064
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