焊接桁架动态特性分析与裂纹诊断方法研究

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焊接桁架作为一种重要的机械承载结构,已经被广泛应用于工业与民用建筑中,由于受长期机械载荷、环境温度和各类腐蚀条件的影响,其在装配使用过程中会不可避免地存在安全问题。目前,焊接桁架使用安全的潜在威胁主要是裂纹,裂纹的进一步扩展将会导致结构的断裂,造成生命财产的损伤。因此,本文以焊接的角钢桁架为研究对象,对其进行动态特性分析,并研究了其裂纹诊断方法。对焊接桁架进行实体建模,利用有限元分析软件ANSYS对其进行静动态分析。通过静力分析得到结构的位移、应力和应变分布云图,并对比了桁架产生裂纹前后的静力分析结果;完成静力分析后,又对含有不同裂纹的桁架进行了动态分析,得到了各种情况下的固有频率及振型,分析了裂纹参数对这两种模态参数的影响,得出了固有频率和振型这两个参数随裂纹产生及其位置、长度改变的变化规律。对有无裂纹的桁架分别进行试验模态分析,探讨了各种模态参数随裂纹产生的变化情况,并和有限元分析结果进行对比。对比表明两种分析方法具有一致的规律,从而验证了有限元分析结果的可靠性与准确性。以裂纹能产生微弱摩擦振动信号为依据,利用自相关和小波包变换相结合的方法对裂纹进行了识别。结果表明:时延自相关能够去除掉高斯白噪声的影响,小波包变换能够有效地提取出微弱的摩擦振动信号,二者相结合的方式能够诊断出裂纹的存在。本文通过对桁架结构的动态特性分析研究,为结构动力特性的优化设计提供了依据,提高了结构改进设计的效率;同时课题中所采用的有限元分析法和试验模态分析法也易推广到其他类似结构的研究分析中,文中所采用的裂纹诊断方法对于其它结构的裂纹诊断也具有一定的参考价值。
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