物联网框架下的建筑结构健康监测系统搭建
这是一篇关于结构健康监测,物联网,加速度传感器,小波变换,模态分析的论文, 主要内容为长期缺乏维护和突发性灾难事件是造成建筑结构突然坍塌的主要原因,而建筑结构健康监测技术的研究与应用不仅可以提高建筑结构的安全性和可靠性,还可以降低建筑物维修和改造的成本,为建筑物的长期使用提供保障。本文将研制一种基于物联网平台的建筑结构健康监测系统,用于实时的获取建筑结构的振动信息,并对获取的信息进行处理和分析,从而实现对建筑结构的健康状态进行长期监测,确保其安全平稳的运营。主要内容如下:(1)开发了一种低成本、低功耗、高灵敏度、能够长期在线的建筑结构健康监测系统。加速度传感器选用具有较高灵敏度和经济效益的MEMS传感器,通讯方面采用LTECat1通信模块,使用微控制器处理和传递加速度计采集的振动信号,并设计了RTC启动程序和阈值触发启动程序,以降低传感器的功耗。搭建物联网平台以接收设备端传来的传感器数据,使用SQLite轻量级数据库来储存这些数据,同时开发上位机终端对监测目标进行统一管理。(2)由于外部环境和设备精度影响,振动信号在采集和传输过程中会产生许多噪声,本文为提取所采集信号中的有用信息,利用可以同时进行时频域分析的小波变换作为监测过程中振动信号的去噪方法。并研究了不同小波基函数、分解层数、阈值函数在振动信号处理中的去噪效果。最终选择了对监测信号具有最佳去噪效果的sym4小波基函数以及其它合适的参数,结果表明,利用小波分析对实测信号去噪可以更好地观察结构本身的振动情况。在获得处理后的振动信号后,使用峰值法(PP)和基于协方差驱动的随机子空间识别法(SSI-COV)对被测结构进行模态参数识别,进而掌握结构的动力学参数,评价结构的基本健康状况。(3)使用所开发的监测设备进行钢结构-玻璃人行桥模型试验和户外人行天桥试验,在钢结构-玻璃人行桥模型中,将研制的监测系统的测试结果与商用监测设备进行对比,验证了所开发监测系统的可靠性。之后将监测系统应用到户外在役的人行天桥中,使用Matlab程序对传感器系统采集到的人行天桥振动信号进行分析处理,提取了人行天桥的模态参数,评估了结构的健康状态。
挂面高速定量系统关键技术研究
这是一篇关于挂面定量,图像处理,计数,相机标定,OpenCV,有限元分析,模态分析的论文, 主要内容为挂面定量包装过程通常包括多个工艺过程,如计量、捆扎、取袋、撑袋、填充、封口等,整个包装过程的包装速度受到定量计量速度的制约,所以定量速度直接影响着挂面包装机的效率。针对当前称重定量速度低的问题,提出一种粗加料定体积、细加料计数定量的计量方法。本文以挂面细加料根数计数作为关键技术进行重点研究,另外再研究挂面高速定量系统整体方案和关键结构有限元分析。基于图像处理方法完成挂面计数,具体方法为:首先构建基于图像处理的挂面计数系统,包括挂面计数系统硬件结构设计和搭建软件开发环境,为后续的图像预处理、基于图像处理的挂面计数研究和相机标定实验打下基础。然后对图像进行预处理,提高图像处理速度,消除图像中无关的信息,减小干扰。预处理主要包括灰度化处理、图像滤波去噪处理、二值化处理和形态学操作等。再后进行基于图像处理的挂面计数研究,包括图像分割和连通域标记,解决挂面计数过程中的难点去除粘连,最后基于连通域方法计数,确定目标值处的挂面的位置。最后进行挂面计数系统相机标定实验,建立图像空间与实际空间中的尺寸转换关系,使目标值处的挂面位置转换到实际空间位置,以便截取机构能够截取出目标挂面达到计量目的。运用定体积粗加料、计数定量细加料的计量方法,定量速度提高10%左右。本文主要研究内容及结论如下:1.进行挂面的计量及包装现状分析。明确挂面包装的工艺过程,设计挂面高速定量系统总体方案。论述挂面高速定量系统总体和各个结构的工作原理。根据工作条件对挂面的流量、流速进行估算;根据双振动电机工作原理,阐述双振动电机直线振动工作台基本原理并且对振动电机进行选型。2.创建挂面高速定量系统整体三维模型并对关键构件进行有限元模拟分析,利用静力学分析方法得到滑槽的应力、应变云图;通过模态分析可以得到滑槽结构的固有频率和振型,经过分析后可以确定共振频率,尽可能避免这些频率附近的外部激励,对实际中的生产活动具有一定的指导作用。3.构建基于图像处理技术的挂面根数计数系统。具体内容主要涉及对挂面计数系统的技术总体整体研究、挂面计数系统硬件架构设计,以及软件开发环境的构建。硬件结构设计主要涉及照明系统、工业相机选型,以及计算机配置。而软件环境构建则包括确定以Pycharm为主要开发环境,以Python语言进行程序设计,并同时结合了OpenCV开源视觉库。4.对图像进行预处理,提高图像处理速度,消除图像中无关的信息,减小干扰。预处理过程主要包括灰度化处理、图像滤波去噪处理、二值化处理和形态学操作。借助Python以及OpenCV编写程序进行算法实现,并且对不同大小卷积核的去噪效果进行对比分析。5.基于图像处理技术的挂面计数研究。为了解决挂面计数过程中粘连难点,需要进行去粘连处理。运用距离变换的方法进行图像分割,介绍距离变换原理以及借助OpenCV库编写程序进行算法实现。之后进行边缘检测,介绍基于各种算子的边缘检测算法原理和编写程序进行算法实现,对比不同算子的边缘检测结果。最后进行基于连通域方法的挂面计数,获取目标值挂面所在位置。6.挂面计数系统相机标定实验。标定方法使用张正友标定法,设计程序获取标定板上各角点亚像素坐标,计算出每个格子所占的像素,得出像素当量值。建立图像空间与实际空间中的尺寸转换关系,使目标值处的挂面位置转换到实际空间位置。
基于模态特征的玻璃幕墙安全检测研究
这是一篇关于玻璃幕墙,模态分析,随机子空间,正交试验设计,机器学习算法的论文, 主要内容为玻璃幕墙作为现代化建筑墙体的一种装饰形式,以其实用性和美观性被广泛应用于写字楼、商场、机场、车站等建筑结构。然而,随着玻璃幕墙服役年限增加,结构胶老化和脱胶等问题会降低玻璃幕墙的安全性,甚至引发安全事故。因此,如何实施既有玻璃幕墙的健康检测和安全评估,建立一套评价玻璃幕墙安全性能的评估标准,预防其在使用过程中发生的安全事故成为了亟待解决的问题。以半隐框玻璃幕墙作为研究对象,本文探究了结构胶力学性质和粘结几何尺寸与玻璃幕墙模态特征之间的关系,建立了基于参考频率的安全评价模型。采用协方差驱动的随机子空间识别法和频域峰值拾取法,对半隐框玻璃幕墙进行模态参数识别研究。两种方法在一阶模态频率的识别结果上基本吻合,但在高阶模态频率的识别上呈现出较大差异。同时,这两种方法对模态阻尼比的识别相差较大。玻璃幕墙模态频率试验结果表明,幕墙尺寸和结构胶约束对玻璃幕墙的一阶模态频率的影响呈现出较强的单调性,因此选取一阶模态频率作为玻璃幕墙安全评价指标。为保证玻璃幕墙数值仿真的准确性,本文采用结构胶单轴拉伸试验和现场模态试验数据对玻璃幕墙数值模型进行校验。结合数值模拟和模态试验结果,分析了硅酮结构胶的不同材料性质和粘结几何尺寸对玻璃幕墙一阶模态频率的影响规律。采用正交试验设计对结构胶参数组合进行优化,并利用ABAQUS参数化数值模拟得到不同参数组合作用下的玻璃幕墙一阶模态频率。进一步基于敏感性分析结果获得结构胶参数对一阶模态频率影响作用的大小排序。基于参数化数值模拟的玻璃幕墙模态样本数据,分析了三种机器学习算法(BP神经网络,基于遗传算法优化的BP神经网络,支持向量回归)在不同结构胶参数组合下对玻璃幕墙一阶模态频率的预测结果。预测结果表明遗传算法可以大幅度优化提升BP神经网络的拟合预测精度,支持向量回归算法的预测精度在遗传算法优化的BP神经网络基础上有小幅度的提升。为便于对大量模态数据的管理,本研究以My SQL作为玻璃幕墙模态数据的存储数据库,搭建了一个基于模态特征的玻璃幕墙智能化检测数据库平台。在现有的安全频率区间法基础上,提出了基于参考频率的玻璃幕墙安全评价模型。
挂面高速定量系统关键技术研究
这是一篇关于挂面定量,图像处理,计数,相机标定,OpenCV,有限元分析,模态分析的论文, 主要内容为挂面定量包装过程通常包括多个工艺过程,如计量、捆扎、取袋、撑袋、填充、封口等,整个包装过程的包装速度受到定量计量速度的制约,所以定量速度直接影响着挂面包装机的效率。针对当前称重定量速度低的问题,提出一种粗加料定体积、细加料计数定量的计量方法。本文以挂面细加料根数计数作为关键技术进行重点研究,另外再研究挂面高速定量系统整体方案和关键结构有限元分析。基于图像处理方法完成挂面计数,具体方法为:首先构建基于图像处理的挂面计数系统,包括挂面计数系统硬件结构设计和搭建软件开发环境,为后续的图像预处理、基于图像处理的挂面计数研究和相机标定实验打下基础。然后对图像进行预处理,提高图像处理速度,消除图像中无关的信息,减小干扰。预处理主要包括灰度化处理、图像滤波去噪处理、二值化处理和形态学操作等。再后进行基于图像处理的挂面计数研究,包括图像分割和连通域标记,解决挂面计数过程中的难点去除粘连,最后基于连通域方法计数,确定目标值处的挂面的位置。最后进行挂面计数系统相机标定实验,建立图像空间与实际空间中的尺寸转换关系,使目标值处的挂面位置转换到实际空间位置,以便截取机构能够截取出目标挂面达到计量目的。运用定体积粗加料、计数定量细加料的计量方法,定量速度提高10%左右。本文主要研究内容及结论如下:1.进行挂面的计量及包装现状分析。明确挂面包装的工艺过程,设计挂面高速定量系统总体方案。论述挂面高速定量系统总体和各个结构的工作原理。根据工作条件对挂面的流量、流速进行估算;根据双振动电机工作原理,阐述双振动电机直线振动工作台基本原理并且对振动电机进行选型。2.创建挂面高速定量系统整体三维模型并对关键构件进行有限元模拟分析,利用静力学分析方法得到滑槽的应力、应变云图;通过模态分析可以得到滑槽结构的固有频率和振型,经过分析后可以确定共振频率,尽可能避免这些频率附近的外部激励,对实际中的生产活动具有一定的指导作用。3.构建基于图像处理技术的挂面根数计数系统。具体内容主要涉及对挂面计数系统的技术总体整体研究、挂面计数系统硬件架构设计,以及软件开发环境的构建。硬件结构设计主要涉及照明系统、工业相机选型,以及计算机配置。而软件环境构建则包括确定以Pycharm为主要开发环境,以Python语言进行程序设计,并同时结合了OpenCV开源视觉库。4.对图像进行预处理,提高图像处理速度,消除图像中无关的信息,减小干扰。预处理过程主要包括灰度化处理、图像滤波去噪处理、二值化处理和形态学操作。借助Python以及OpenCV编写程序进行算法实现,并且对不同大小卷积核的去噪效果进行对比分析。5.基于图像处理技术的挂面计数研究。为了解决挂面计数过程中粘连难点,需要进行去粘连处理。运用距离变换的方法进行图像分割,介绍距离变换原理以及借助OpenCV库编写程序进行算法实现。之后进行边缘检测,介绍基于各种算子的边缘检测算法原理和编写程序进行算法实现,对比不同算子的边缘检测结果。最后进行基于连通域方法的挂面计数,获取目标值挂面所在位置。6.挂面计数系统相机标定实验。标定方法使用张正友标定法,设计程序获取标定板上各角点亚像素坐标,计算出每个格子所占的像素,得出像素当量值。建立图像空间与实际空间中的尺寸转换关系,使目标值处的挂面位置转换到实际空间位置。
SUV白车身NVH性能分析研究
这是一篇关于模态分析,模态试验,刚度分析,模态应变能法,结构优化的论文, 主要内容为国家对噪声污染控制日益严格以及乘员对汽车舒适性需求日益增加,使得企业越来越重视汽车NVH性能的研究和改善。为了节省成本、缩短整车开发周期,在开发设计阶段对车身NVH性能进行准确的预测和分析具有十分重要的意义。本课题旨在通过深入研究某SUV白车身结构在开发设计阶段中的模态特性和静刚度特性,开发出一套白车身结构NVH性能研究及优化流程,从而为企业在后续车型的开发中起到指导作用。本文的主要研究工作如下:(1)白车身结构有限元建模及车身结构模态研究。首先建立该SUV白车身的有限元模型,在对模态理论深入研究的基础上对车身进行模态仿真分析,得到车身结构固有频率和振型等模态参数;然后进行白车身模态试验,得到车身结构试验模态参数并用模态置信准则(MAC)验证了试验结果的准确性;最后将试验结果与仿真结果对比,验证了有限元模型的正确性。研究结果表明,除该车身的一阶扭转模态频率外,其他模态参数均达到目标要求,为了保证整车性能,后续将进行结构优化。(2)白车身整体结构静态刚度研究。首先深入研究了车身刚度的理论计算原理,在经过模态试验验证的模型上进行刚度仿真分析,得到整车弯曲刚度、扭转刚度以及车身主要开口的变形量;然后研究刚度测试台架及测试原理并进行白车身刚度试验,得到相关参数及评价指标;最后将刚度仿真结果与试验结果进行对比。研究结果表明:试验结果与仿真结果的评价指标误差均在允许范围内,该SUV白车身的静刚度性能满足NVH性能目标值要求,该研究方法可行。(3)针对车身NVH性能指标的白车身结构优化。首先通过综合灵敏度法和模态应变能法筛选出车身结构优化设计变量,然后以整车结构NVH性能指标为优化目标建立优化的数学模型进行优化,最后对优化后的车身结构进行NVH性能仿真验证。研究结果表明,优化后的车身结构NVH性能较原车身性能均有所提高且均满足性能目标要求,车身总重量也较原来减重5.7%,该结构优化优化方案可行,且在一定程度上实现了车身轻量化。
煤矿用自动转塔式钻锚系统研究
这是一篇关于转塔式,自动钻锚系统,模态分析,应力波,锚杆支护无损检测的论文, 主要内容为锚杆支护耗时长、施工环境恶劣等痛点问题制约着巷道掘进速度和安全性,同时也是制约实现巷道掘进自动化、智能化的卡脖子问题之一。钻锚机器人是解决锚杆支护施工痛点问题的必由之路,其核心部件是自动钻锚系统。在梳理国内外自动钻锚系统研究现状基础上,本文提出煤矿用自动转塔式钻锚系统研究这一课题,旨在实现矿井巷道锚杆支护钻孔-注药-锚固-锚固自检测一体化自动作业,助力煤矿掘进工作面自动化、智能化建设。主要研究内容包括:自动转塔式钻锚系统总体设计方案。首先分析了钻孔破岩和锚杆锚固两种工艺相关性能参数,结合煤层和锚杆支护技术工艺,确定钻锚系统的设计参数;然后优化了自动转塔式钻锚系统的布局型式,介绍了其工作范围和工作状态;最后规划了7个执行机构的作业顺序。自动转塔式钻锚系统结构设计。首先分析了钻孔(锚固)机构推进方式、注药机构锚固剂注入方式、锚杆仓驱动方式、锚固检测方式、锚杆抓取方式,确定本设计的采用方案;之后结合工作工况参数及锚杆支护常用零部件尺寸类型,对主要部件进行选型和相关参数设计计算;接着设计钻孔(锚固)、注药、锚杆仓、锚杆抓取、锚箱机械结构;最后综合各机构的设计,装配了转塔式钻锚系统的整机三维模型。自动转塔式钻锚系统动静态特性分析。首先通过虚拟样机技术进行了钻锚系统的动力学分析;其次通过ANSYS软件对机构在钻孔初始位置、中间位置和最终位置三个危险工况下的静力学特性进行了校核,均满足强度要求;最后通过A NSYS软件对钻锚系统在三种危险工况下的位姿结构和锚杆仓进行了模态分析。锚箱激振系统关键参数试验研究。首先基于试验内容搭建了锚固质量无损检测试验台,并对试验杆件进行了波速标定;其次试验对比了多种预紧力、锚杆参数及锚固长度组合下,激振力对无损检测结果准确度的影响;然后试验分析了多种预紧力、锚杆参数及锚固长度组合下,激振锤质量对无损检测结果准确度的影响。最优激振力和激振锤质量条件下锚固质量检测试验验证表明:在激振力为20-25N、激振锤质量50g时,各锚护工况下的参数检测结果精确度达到并超过国家标准要求。
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