文摘

论述了使用高斯模糊技术multicrack检测结构。振动参数来源于裂纹悬臂梁的数值方法用于设置几个模糊规则设计模糊控制器用来预测裂纹的位置和深度。相对裂纹位置和相对裂纹深度是输出参数的模糊推理系统。在当前分析方法用于评估了悬臂梁的动态响应。该方法的结果与获得的结果有很好的一致性的实验装置。

1。介绍

梁是一种最常用的结构元素在许多工程应用和体验各种静态和动态负载。裂缝可能开发射线结构由于这样的负载。考虑到裂纹损伤等的一个重要形式,它的建模是一个重要的一步研究受损的行为结构。如上所述,梁式结构中常用的钢结构和机械行业。研究基于结构健康监测裂纹检测处理改变梁的固有频率和振型。

分析研究已经由杨et al。1]自由与强迫振动的非齐次Euler-Bernoulli包含开放边梁的裂缝。悬臂梁的解析解得到,不同终端条件来评估由于边缘裂纹梁的动态响应。Orhan [2)表现了梁的自由与强迫振动分析以确定悬臂梁的裂缝。他们的研究表明,自由振动分析提供了更合适的信息比强迫振动分析裂缝的检测。伤害了结构分析了使用遗传算法技术由Vakil-Baghmisheh et al。3]。建模cracked-beam结构裂缝的悬臂梁的分析模型已经被利用,并通过数值方法得到固有频率。利用遗传算法来监测可能的结构的固有频率的变化。理论和实验不同的多波束系统的动态行为包含一个横向裂缝已经由Saavedra Cuitio [4]。新了刚度矩阵推导出基于灵活性,这可以随后在裂纹的有限元分析系统。Bakhary et al。5)人工神经网络(ANN)用于损伤检测。在他的分析中,创建一个ANN模型运用森布鲁斯的点估计方法验证了蒙特卡罗模拟。统计结果表明,ANN方法提供了更可靠的结构损伤的识别。Friswell et al。6)遗传算法应用于损伤诊断使用振动数据的问题。目的是识别一个或多个损害网站的位置在一个结构和评估损害的程度。全面分析了梁的稳定性受到一个跟随者压缩负荷提出了王(7]。这种裂纹梁的振动分析进行了识别不稳定的临界压缩荷载变化的基础上,前两个梁的共振频率。Chondros et al。8)开发了一种连续裂纹梁横向振动的振动理论破解开着单刃、双刃Euler-Bernoulli梁裂缝使用Hu-Washizu-Barr变分公式。

梁的固有频率的新方法分析任意数量的裂缝已经开发的速度和留置权9)的基础上传递矩阵法和旋转弹簧模型的裂纹。凸轮et al。10)进行的一项研究获得的信息的位置和深度裂纹梁的裂缝。实验和模拟结果有很好的一致性。郑,Kessissoglou11)提出了基于有限元法的方法检测裂纹的缺陷结构成员。获得的结果与使用实验分析验证了该方法。恩等。12)合规矩阵的计算提供了依据损伤检测后断裂力学理论。Sekhar和您正在13)派生的裂缝检测方法破碎轴使用有限元分析使用正确的应变能释放率函数表达式。侯赛因et al。14)提出了一项调查比较性能的智能系统遗传算法(气)和自适应neurofuzzy推理系统(简称ANFIS)算法识别故障的主动振动控制(AVC)系统。比较该方法的性能提出和讨论通过一组实验。Ranjbaran et al。15)在他们的论文中制定梁的振动分析方法假定梁不均匀。梁的振动特性计算结果与其他方法进行比较。周和Biegalski [16)提出了一个方法来分析一副桁架桥的振动特征与裂缝扣板连接外侧支撑。在职监控已经完成测量的振动特性桁架和横拉条成员避免共振激发频率。和田et al。18)提出了一种模糊控制方法和三角型隶属度函数使用一个图像处理单元控制颗粒内斗的水平。他们表示,图像处理技术可以作为检测元件,并使用模糊推理方法,好的过程得到了响应。帕瓦尔et al。17)使用了一个遗传模糊系统来识别裂缝深度位置在复合基体开裂模型。正如他们所描述的,遗传模糊系统结合了模糊逻辑的不确定性特征和遗传算法的学习能力。Parhi [19)设计了移动机器人导航控制系统使用模糊逻辑。模糊规则嵌入到移动机器人的控制器使其避免障碍在嘈杂的环境中,包括其他移动机器人。

在目前的研究中,裂纹梁单元的有限元模型,并从理论和有限元分析结果被用来设置模糊规则。模糊规则是用来设计基于高斯隶属函数的模糊推理系统,随后申请损害的预测错误的结构。理论、有限元分析和模糊分析完成的响应研究悬臂梁的裂缝。理论结果与实验相比,模糊,有限元结果。亲密的协议已经观察到的结果。

2。理论分析

2.1。当地的灵活性了梁在弯曲和轴向载荷

表面横裂纹的深度”的存在”和““梁的宽度”“和高度””引入了一个当地的灵活性,可以定义在矩阵形式,取决于的维度的自由度。在这里,一个矩阵是考虑。悬臂梁受到轴向力和弯矩,如图1(一),提供纵向和横向运动的耦合。剖视图和梁的前视图所示数据1 (b)和3,分别。

断裂应变能释放率的部分可以编写如下(12]: 在哪里 和模式下的应力强度因子是我(的裂纹)加载和,分别。应力强度因子的值从早期的研究12) 在表达式和如下: 让由于裂纹应变能。然后从卡斯蒂利亚诺定理,附加位移沿力是 应变能的形式 在哪里是应变能密度函数。

从(1)和(4),因此我们有 灵活性的影响系数会,根据定义, 和可以写成 从(9),计算(=),,我们得到 当地的刚度矩阵可以得到的反演合规矩阵。也就是说, 图2显示无量纲的遵从性的变化相对裂纹深度。

2.2。裂纹梁的振动特征分析

悬臂梁长度””,宽度””,深度””,裂纹的深度””和““距离””和“”,分别从固定端,被认为是(如图1)。采取,,作为部分的纵向振动的振幅,中间,和裂纹后,,,弯曲振动的振幅相同的部分。

系统可以被定义为的正常功能 在哪里,,,,,,,,,,。常数边界条件确定。悬臂梁的边界条件考虑 在裂缝的部分 同时,在裂缝的部分,我们有 前面的方程两边乘以,我们得到 同样的, 前面的方程两边乘以,我们得到 在哪里 同样,在裂纹部分,我们可以表达 的正常功能(13)以及边界条件如前所述产生系统的特征方程 这个行列式是一个自然的圆频率的函数裂缝的相对位置,当地的刚度矩阵反过来是相对裂纹深度的函数。

理论分析的结果为前三个模式形状无裂缝和裂缝梁如图4。

3所示。分析了梁使用有限元方法(FEM)

在下一节中,有限元分析的振动分析悬臂梁(图5)。位移和力之间的关系可以表示为 在整体柔度矩阵可以表示为 位移向量(23)是由于裂纹。

推动力的梁单元有限元分析如图5。

在这个系统下,弹性矩阵完好无损的梁元素可以表示为 在哪里。

位移向量(25)是完整的梁。

总柔度矩阵裂纹梁元素的现在可以获得的 通过平衡条件,刚度矩阵裂纹梁的元素可以获得如下(13]: 在哪里变换矩阵和表达吗 有限元分析结果为前三个模式形状裂纹梁的比较与裂纹梁的数值分析和呈现在图6。

4所示。分析的模糊控制器

模糊控制器开发了6个输入参数和两个输出参数。

输入的语言术语如下:相对第一固有频率= " fnf”;相对第二固有频率= " snf”;相对第三固有频率=“肿瘤坏死因子”;平均相对第一模式形状差异=“手足口病”;平均相对第二模式形状差异=“smd”;平均相对第三模式形状差异=“战区导弹防御系统”。

使用的语言术语输出如下:首先相对裂纹位置=“rcl1”和第一相对裂纹深度=“rcd1”;第二个相对裂纹位置=“rcl2”和第二相对裂纹深度=“rcd2”。

目前的文本中使用的模糊控制器如图7(a)。高斯隶属度函数看起来如图所示7(b)。高斯隶属度函数的语言术语,用于模糊控制器,介绍了表1。

4.1。裂纹检测的模糊机制

基于前面的模糊子集,模糊控制规则中定义的一般形式如下: 在哪里,,,,,因为“”、“”、“”、“”、“”和““有十个隶属度函数。

从表达式(29日),两套规则可以写: 根据通常的模糊逻辑控制方法(19),一个因素为规则定义如下: 在哪里,频率_j,是第一、第二和第三相对与裂纹悬臂梁的固有频率,分别;,,平均第一、第二和第三的相对模式形状差异与裂纹悬臂梁,分别。通过应用的组成规则推理(19)的成员值相对裂纹位置和相对裂纹深度,和 ,可以计算 总体结论相结合的输出模糊规则可以写成: 脆值相对裂纹位置和相对裂纹深度的计算采用重心法(19]

4.2。模糊控制器对发现裂纹深度和裂纹的位置

模糊控制器的输入是相对的第一固有频率,相对第二固有频率,相对第三自然频率、平均相对第一模式形状差异,平均相对第二模式形状差异,平均相对第三模式形状不同。模糊控制器的输出是相对裂纹深度和相对裂纹的位置。二十多的几百的模糊规则的模糊规则表中列出2。模糊控制器规则6和规则19岁时被激活的结果表2如图8。

5。实验装置

执行实验来确定固有频率和振型对不同裂纹深度对铝梁标本。实验设置如图9。横向振动的振幅在不同的位置沿铝梁的长度由定位记录振动器的振动传感器和调优在对应的共振频率。这些结果为前三个模式绘制在图10。相应的数值结果也提出了相同的图比较。

6。讨论

模糊控制器和信息获得的结果从理论、有限元与实验分析了悬臂梁的描述。

模糊逻辑系统保证了结构损伤评估的有效方法。他们能够治疗不确定和不精确的信息;他们利用知识的形式语言规则。起初,破裂和未破裂的理论表达式梁固有频率的计算,开发模式形状后正确的应变能释放率的表达式。从图2,它是观察到的遵从性增加的增加相对裂纹深度。有限元分析是进行了梁元素(图5)来找出振动的特点。之间的比较结果从理论分析破解,无裂缝的光束在裂纹附近的位置放大视图呈现在图4。结果有限元分析(FEA)和数值分析比较无裂缝的开裂,梁和图所示6。进行验证的信息从各种方法获得了悬臂梁的分析,开发设计了一个实验装置如图9。实验是在铝梁标本估计前三个模式形状与模式从分析获得形状如前所述。振动签名(固有频率,模式形状)是用于建立设计模糊控制器的模糊规则基于高斯隶属函数描述的数据7(一)和7(b),语言方面存在模糊控制器的模糊规则表1。一些实际的规则的模糊控制器在表列出目前的调查2。高斯模糊控制器的输出通过激活规则6和规则从表192提出了在图8。从实验和数值模式获得的形状,有限元,模糊分析破解,无裂缝的梁图中以图形的方式进行比较10。一些发达的预测输出模糊控制器和相应的数值有限元,和实验结果展示在表3。这是观察到所有分析的结果有很好的一致性。

7所示。结论

在本节中,结果从不同的分析有以下的结论。

明确偏差的模式形状,固有频率能被探测到的破裂和未破裂梁裂纹附近的位置。的比较结果来源于理论和有限元法(FEM)裂缝的结构显示良好的协议。高斯隶属度函数的模糊控制器开发设计的帮助下从数值计算和有限元分析获得的振动特征。

前三个相对固有频率和前三个模式形状无量纲形式的模糊推理系统的输入参数。相对裂纹位置和相对裂纹深度的输出系统。实验和模糊分析之间的比较结果显示协议。从结果的比较,可以看出发达模糊推理系统可以预测相对裂纹位置和相对裂纹深度更快更准确的方式,从而减少大量的计算时间。该方法可以作为在线状态监测工具,和在未来,混合动力技术可以发展的更快和更有效的方式故障检测领域的动态振动结构。