考虑刚度和质量耦合效应的结构弹性成像方法
弹性成像是一种医学影像技术,可以把生物体组织的弹性模量信息转换为可视化图像.为了将弹性成像用于机械结构的损伤识别,实现机械结构缺损、夹杂、结冰和积水多种损伤类型的全局识别,提出一种考虑刚度和质量耦合效应的结构弹性成像方法.弹性模量仅能反映结构刚度变化,单一的弹性模量不足以表征多种损伤类型,因而还需引入能反映结构质量变化的参数.受结构拓扑优化理论启发,以结构离散单元的弹性模量系数和材料密度系数作为成像参数,将成像参数与弹性模量和材料密度关联,构建考虑结构刚度和质量耦合效应的损伤表征.基于无阻尼自由振动系统的有限元模型,构建损伤表征、力学模型和特征值响应之间的映射关系.以数字模型和真实结构模型的特征值响应变化率的平方和为目标函数,以有限元平衡方程和成像参数上下限为约束条件,建立基于特征值响应的结构弹性成像模型,推导弹性成像目标函数关于成像参数的导数,采用基于梯度的优化算法求解弹性成像模型.数值算例表明,针对结构缺损、夹杂、结冰、积水等损伤,该方法无需先验信息,可有效实现结构损伤位置、数量和形状的精确量化,并通过三维结构弹性成像算例验证了该方法的通用性.
弹性成像、拓扑优化、损伤表征、特征值响应、损伤识别
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O342(固体力学)
国家自然科学基金;湖北省自然科学基金资助项目
2023-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
共12页
1971-1982
