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基于贝叶斯后验估计的桥梁动态称重算法理论与试验研究

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振动与冲击 2024年第1期43卷 20-27页

作者：张龙威原璐琪陈宁袁帅华张龙湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学结构抗风与振动湖南省重点实验室湖南湘潭411201

桥梁动态称重(bridge weigh-in-motion,BWIM)利用过桥车辆对桥梁产生的动力响应快速识别车辆轴质量。由于实测的动力响应包含测量误差,在一定程度上降低了传统BWIM算法的轴质量识别精度。为了解决这一问题,提出基于贝叶斯后验估计的桥... 详细信息

桥梁动态称重(bridge weigh-in-motion,BWIM)利用过桥车辆对桥梁产生的动力响应快速识别车辆轴质量。由于实测的动力响应包含测量误差,在一定程度上降低了传统BWIM算法的轴质量识别精度。为了解决这一问题,提出基于贝叶斯后验估计的桥梁动态称重算法。该算法考虑了测量误差对轴质量识别精度的影响,假设测量误差和轴质量服从高斯分布,利用测量误差的标准差和轴质量标准差得到能抑制测量误差的约束因子,推导出新的轴质量求解方程。基于数值仿真和实桥试验,分别得到传统BWIM算法和贝叶斯算法的轴质量识别精度,并进行对比分析。试验结果表明:相比于传统BWIM算法,贝叶斯算法能够有效抑制测量误差的影响,明显改善轴质量识别精度。

关键词：桥梁动态称重(BWIM) 贝叶斯后验估计最小二乘测量误差实桥试验

基于RBFNN-ISSA的特大跨径悬索桥有限元模型修正

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振动与冲击 2024年第7期43卷 155-167页

作者：王祺顺何维吴欣郭伟奇雷顺成湖南省交通科学研究院有限公司交通建设工程湖南省重点实验室长沙410015 长沙理工大学土木工程学院桥梁工程安全控制省部共建教育部重点实验室长沙410015 湖南大学土木工程学院风工程与桥梁工程湖南省重点实验室长沙410082

针对大跨径悬索桥一类复杂结构的有限元模型修正问题,提出了一种基于径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)子结构代理模型与改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)的有限元模型修正方法。首... 详细信息

针对大跨径悬索桥一类复杂结构的有限元模型修正问题,提出了一种基于径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)子结构代理模型与改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)的有限元模型修正方法。首先,基于桥梁图纸数据采用通用有限元软件建立一座大跨悬索桥的初始有限元模型,并根据拉丁超立方抽样原则生成子结构材料参数-结构响应的训练样本,通过RBF神经网络和子结构模拟方法对初始有限元模型进行解构重组和样本学习,拟合关于材料参数-结构响应的代理模型。其次,建立考虑主梁挠度和模态频率误差最小的有限元模型参数修正数学优化模型,采用Tent混沌映射及黄金正弦策略改进标准麻雀搜索算法,引入柯西分布函数和贪心保留策略对每一代麻雀种群进行扰动,以用于求解联合静、动力特征的有限元模型修正数学优化问题。最后,以杭瑞高速洞庭湖大桥为工程背景,进行了悬索桥荷载试验,利用实测桥梁响应数据验证了该方法的可行性。研究结果表明:基于RBF神经网络与子结构法的模型修正方法,可以建立拟合精度较高的悬索桥结构代理模型;基于子结构RBF神经网络与改进麻雀搜索算法修正后的有限元模型相较于整体RBF神经网络、支持向量机和Kriging模型,大幅提升了对于实际结构的模拟精度,与实测数据相比,修正前后有限元模型在两级静力加载工况下13个有效测点挠度的平均相对误差降低了25%以上,前8阶模态频率的平均相对误差由-6.83%降至-2.38%,MAC值结果表明修正后模型能够准确地反映出大桥的实际振动状态,有效改善了初始有限元模型计算失真的情况;此外,基于混合策略改进后的麻雀搜索算法对于有限元模型修正参数的寻优具有更佳的收敛效率和稳定性。

关键词：桥梁工程有限元模型修正改进麻雀搜索算法(ISSA) 悬索桥径向基神经网络(RBFNN) 柯西变异策略

各向异性Kelvin泡沫胞元高径比对其流动传热特性的影响

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空气动力学学报 2024年第1期42卷 55-66,I0002页

作者：张超孔祥壮杜雁霞王娴肖光明西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室西安710049 空天飞行空气动力科学技术全国重点实验室绵阳621000

飞行器热管理系统中所用的高孔隙率泡沫材料具有质量轻、比表面积大等优点,孔隙尺度几何参数的优化设计对有效提升综合传热性能、降低结构质量至关重要。以各向异性Kelvin泡沫胞元为研究对象,采用混合热格子Boltzmann方法以及多GPU加速... 详细信息

飞行器热管理系统中所用的高孔隙率泡沫材料具有质量轻、比表面积大等优点,孔隙尺度几何参数的优化设计对有效提升综合传热性能、降低结构质量至关重要。以各向异性Kelvin泡沫胞元为研究对象,采用混合热格子Boltzmann方法以及多GPU加速技术,实现了同时考虑泡沫骨架导热和多胞元孔隙尺度强迫对流换热的共轭传热数值模拟。在上述基础上,分别选取了Re=10、100、1000计算条件,开展了不同胞元高径比(H/D=0.5、0.75、1.0、1.5、2.0)对其流动传热特性的影响规律研究。结果表明,在不同Re条件下,随着各向异性Kelvin泡沫H/D的减小,其泡沫内部的流动阻力及努塞尔数均增大,且随着Re的增大,对流换热的作用增强,H/D的影响也更为明显。此外,相比于流动阻力,结构传热性能受H/D的影响变化速率更大,由此造成综合传热因子(j/f^(1/3))与H/D成反比关系,即减小Kelvin胞元H/D可有效提高泡沫结构的综合传热性能。

关键词：各向异性 Kelvin泡沫流动阻力综合传热因子

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典型民用飞机全机坠撞实验研究

航空学报 2024年第5期45卷 377-397页

作者：刘小川惠旭龙张欣玥白春玉闫亚斌李肖成牟让科强度与结构完整性全国重点实验室西安710065 中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室西安710065 陕西省飞行器振动冲击与噪声重点实验室西安710065 西北工业大学航空学院西安710072 中航西飞民用飞机有限责任公司西安710089

民机全机坠撞实验是评价民用飞机适坠性的最直接手段,也是民机适坠性领域的世界性技术难题。提出全机坠撞实验高精度提升控制与高可靠投放方法,给出了结构响应、假人响应等关键物理量的测试方法,引入了分布式多目相机全场大变形连续测... 详细信息

民机全机坠撞实验是评价民用飞机适坠性的最直接手段,也是民机适坠性领域的世界性技术难题。提出全机坠撞实验高精度提升控制与高可靠投放方法,给出了结构响应、假人响应等关键物理量的测试方法,引入了分布式多目相机全场大变形连续测试方法。构建了全机坠撞动响应测试系统,使用统一时间基准触发,对坠撞后地面撞击载荷、结构加速度响应、假人响应以及飞机破坏变形进行了分析,获得了机体不同部位的响应分布规律;提出了修正的适坠性综合评估指数ICI。结果表明:全机坠撞实验测试数据完整可信,实验飞机在5.71 m/s垂直坠撞后,客舱地板下部结构变形严重,机翼的惯性效应导致中央翼区域机身上部结构产生明显变形;不同机身段的刚度差异造成该部位坠撞载荷和动响应的显著差异,刚度越大变形越小加速度响应越大;坠撞后乘员受载在安全范围内,客舱座椅结构完好,舱门可正常打开,乘员生存空间足够,乘员撤离通道畅通。实验飞机在给定状态下具有较好的适坠性,相比原始ICI指数,修正后的评估结果具有更好的工程适用性。

关键词：冲击动力学民用飞机全机坠撞全场测量结构吸能坠撞载荷适坠性评估

基于高光谱成像的桥梁混凝土表面露筋病害识别

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红外技术 2024年第2期46卷 216-224页

作者：周坤彭雄钟新谷张文辉李千禧赵超湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学结构抗风与振动控制湖南省重点试验室湖南湘潭411201 丽水市市政设施管理中心(丽水市节约用水管理中心) 浙江丽水323020

桥梁作为交通关键节点,承担与日俱增的交通流量压力,相当一部分桥梁尚未达到设计使用年限就出现较多的病害,技术状况不容乐观。高光谱成像运用光电技术检测物体对光谱波段信号的辐射和吸收情况,将该信号转换成图像和图形,可基于吸收峰... 详细信息

桥梁作为交通关键节点,承担与日俱增的交通流量压力,相当一部分桥梁尚未达到设计使用年限就出现较多的病害,技术状况不容乐观。高光谱成像运用光电技术检测物体对光谱波段信号的辐射和吸收情况,将该信号转换成图像和图形,可基于吸收峰的位置和强度分析被测物体的物理性质和物质组成,因此本文提出基于高光谱成像的桥梁混凝土表面露筋病害识别方法。利用线阵高光谱相机集成匀速步进滑轨装置,形成高光谱成像测试系统,采集桥梁混凝土表面露筋病害图像;基于桥梁露筋病害高光谱图像谱线与空间特征,结合预处理——平滑滤波-多元散射校准(Savizky-Golay-Multivariate scattering calibration,SG-MSC)、特征空间变换——光谱导数法(First derivative,FD)、特征变量选择算法——竞争自适应重加权抽样(Competitiveadapativereweighted sampling,CARS),将原始光谱曲线数据经特征空间转换提取相应特征值并显示波段;以光谱曲线特征向量构建数据集,基于支持向量机形成露筋病害识别预测模型。以某跨江大桥为例,以高光谱成像测试系统对实际桥梁混凝土露筋病害进行识别,将原始光谱数据经平滑特征空间变换与特征提取后放大差异,将254个波段数据维度降低到23个波段数据,模型预测精度达到94.6%,对比可见光成像高光谱成像具有更高维度信息可有效表征物质属性,表明高光谱成像对复杂表面环境下的桥梁病害识别具有可行性和广泛应用前景。

关键词：桥梁混凝土高光谱成像露筋病害谱线特征机器学习

基于融合代理策略的超声速降落伞气动优化设计

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航空学报 2024年

作者：姜璐璐潘鑫蒋伟冯瑞陈刚机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室西安交通大学航天航空学院北京空间机电研究所

超声速降落伞作为提供气动阻力和稳定性的重要气动减速系统，其设计好坏直接影响着探测器着陆任务的成败。适应不同气动性能需求的降落伞结构参数通常是相互矛盾的，为了解决火星降落伞在外形设计时的结构参数矛盾，以及设计周期长、计... 详细信息

超声速降落伞作为提供气动阻力和稳定性的重要气动减速系统，其设计好坏直接影响着探测器着陆任务的成败。适应不同气动性能需求的降落伞结构参数通常是相互矛盾的，为了解决火星降落伞在外形设计时的结构参数矛盾，以及设计周期长、计算误差大的问题，本研究提出了一种面向探测器-降落伞双体模型的融合代理优化策略。融合代理模型集成了插值型代理模型和回归型代理模型的优点，能够在相同样本的条件下具备更高的气动力系数预测精度。通过采用融合代理模型替代长耗时的CFD计算过程，能够缩短设计周期，提高设计效率。结合多目标遗传算法对探测器-盘缝带伞双体模型进行了优化设计，结果表明，采用融合代理优化策略能够平衡伞体的阻力性能及稳定性能，在满足结构及气动约束的前提下提升盘缝带伞的综合减速能力，具有良好的实用性和可行性。文章的研究结果可为未来新一代火星探测用超声速降落伞的设计研制提供一定的理论参考和技术储备。

关键词：融合策略火星降落伞优化设计代理模型超声速

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槽形钢箱梁涡振性能及抑振措施试验研究

世界桥梁 2024年第3期52卷 83-89页

作者：封周权戴金元陈诗璇华旭刚湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082

为提高槽形钢箱梁桥的抗风性能,对槽形钢箱梁的涡振性能及抑振措施进行试验研究。以某人行景观桥槽形钢箱梁为背景,通过主梁节段模型风洞试验,研究+3°、0°、-3°风攻角下均匀流与紊流风场中槽形钢箱梁的涡振性能,分析交替封闭栏杆、... 详细信息

为提高槽形钢箱梁桥的抗风性能,对槽形钢箱梁的涡振性能及抑振措施进行试验研究。以某人行景观桥槽形钢箱梁为背景,通过主梁节段模型风洞试验,研究+3°、0°、-3°风攻角下均匀流与紊流风场中槽形钢箱梁的涡振性能,分析交替封闭栏杆、将栏杆楔形扶手改为圆形扶手、提高阻尼比等措施的抑振效果。结果表明:原槽形钢箱梁断面涡振性能不满足规范要求,均匀流风场中,3个风攻角下均出现了超限的竖弯涡振,+3°和-3°风攻角下出现了不同程度的扭转涡振,最不利风攻角为-3°;紊流风场中,最不利风攻角下原断面竖弯涡振振幅降低了23%,未见明显扭转涡振;楔形扶手栏杆交替封闭使结构竖弯涡振振幅增大,主梁涡振性能降低;单独改变栏杆扶手形状为圆形对主梁涡振性能影响不大,在此基础上交替封闭栏杆能够有效抑制主梁涡振;提高结构阻尼比能有效抑制主梁涡振,阻尼比为7‰时,主梁竖弯涡振振幅可降至规范限值的一半左右。

关键词：人行桥槽形钢箱梁风致振动涡振性能抑振措施扶手形状阻尼比风洞试验

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大尺寸三维超声振动系统的智能优化设计

物理学报 2024年第8期73卷 181-194页

作者：林基艳孙姣夏林书玉榆林学院榆林市大数据与智能决策重点实验室榆林719000 陕西师范大学陕西省超声学重点实验室西安710119

对大尺寸三维超声换能器系统的耦合振动进行有效控制,优化系统的性能,一直都是功率超声领域亟待解决的难题.研究发现,一些声子晶体槽、孔结构可以对大尺寸换能器系统的横向振动进行抑制,提高系统振幅分布均匀度,且可以通过改变声子晶体... 详细信息

对大尺寸三维超声换能器系统的耦合振动进行有效控制,优化系统的性能,一直都是功率超声领域亟待解决的难题.研究发现,一些声子晶体槽、孔结构可以对大尺寸换能器系统的横向振动进行抑制,提高系统振幅分布均匀度,且可以通过改变声子晶体结构的配置参数人为地实现对大尺寸三维超声振动系统性能的调控.但过多的设计参数必然会增加系统设计的复杂度,且目前大尺寸三维超声换能器系统的优化设计依赖于经验试错法,设计效率和成功率较低,性能也无法保证.研究引入同质位错、点缺陷结构对大尺寸三维超声振动系统进行优化设计,并利用数据分析技术评价了同质位错、点缺陷结构的配置对系统辐射面的纵向位移振幅、振幅分布均匀度、辐射声功率、工作带宽等的影响规律,建立了同质位错结构、近周期缺陷结构的结构参数——大尺寸超声换能器系统性能的预测模型,实现了对大尺寸功率超声换能器系统的智能设计,提高了设计效率和成功率,降低了设计成本.

关键词：耦合振动大尺寸三维超声振动系统同质位错点缺陷智能化设计

大跨度桥梁多阶涡振MTMD控制效果与布置优化

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工程力学 2024年第S1期41卷 23-30页

作者：徐胜乙方根深张明杰 ØISETH Ole 葛耀君同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 挪威科技大学结构工程系特隆赫姆7034 同济大学桥梁结构抗风技术交通运输行业重点实验室上海200092 大连理工大学桥梁工程研究所大连116024

调谐质量阻尼器(TMD)在结构减振方面有显著效果。传统桥梁涡激振动控制通常只考虑单一模态,并使用简化的气动力模型,而多跨桥梁等结构具有频率密集的多阶模态,忽略相邻非涡振模态对TMD的影响可能导致涡振振幅计算产生较大误差,TMD控制... 详细信息

调谐质量阻尼器(TMD)在结构减振方面有显著效果。传统桥梁涡激振动控制通常只考虑单一模态,并使用简化的气动力模型,而多跨桥梁等结构具有频率密集的多阶模态,忽略相邻非涡振模态对TMD的影响可能导致涡振振幅计算产生较大误差,TMD控制效果无法达到最优。该文介绍了一种针对结构多模态涡振控制的多个TMD布置优化方法,考虑了非涡振模态影响,并采用多项式涡激力模型推导了模态坐标中力-结构-MTMD的控制方程,同时提出了一种量化各非涡振模态对涡振计算的贡献和识别有显著贡献非涡振模态的新方法。以多跨桥梁为研究案例,对多个TMD控制效果和布置优化开展了对比研究,与逐模态设计结果相比,该文通过全局优化确定最优MTMD参数显示出更优的控制性能,明确了多项式模型在TMD安装后准确预测涡振振幅的适用性,突显出非涡振模态在TMD优化中的重要性。

关键词：多模态涡振大跨度桥梁风洞试验密集频率调谐质量阻尼器