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计算机科学 > 计算工程、金融与科学

arXiv:2507.18636v1 (cs)
[提交于 2025年5月2日 ]

标题: 高阶传递性和其在役列车轮对轴裂纹识别中的线性逼近

标题: Higher-order transmissibility and its linear approximation for in-service crack identification in train wheelset axles

Authors:Ehsan Naghizadeh, Paolo Tiso, Eleni Chatzi
摘要: 在役结构健康监测是目前很少被利用,但具有潜力的早期裂纹检测和识别方法,用于列车轮轴。 该过程基于纯数据驱动的方法实施起来并不简单,通常需要采用数值模拟方案,例如基于有限元的动态行为模拟方案。 在这种情况下,损伤可以表述为一个呼吸裂纹问题,这进一步通过引入响应依赖的非线性因素而使模拟变得更加复杂。 在本研究中,首先提出了一种基于呼吸裂纹高阶谐波的新的裂纹检测特征,称为高阶传递函数(HOTr),其次在裂纹识别的背景下评估了其敏感性和有效性。 接下来,使用线性系统理论近似该特征,提供了一个代理模型,有助于计算并加快裂纹识别过程。 所提出的方法在再现所提供的HOTr方面的准确性与非线性仿真模型进行了比较。 获得的结果表明,HOTr的近似可以在消除求解运动控制非线性方程的迭代需求的同时,显著减少计算负担,并且在与参考模型比较时保持高水平的准确性。 这意味着在轮轴在役损伤识别中具有巨大的应用潜力,可能在接近实时的环境下实现。
摘要: In-service structural health monitoring is a so far rarely exploited, yet potent option for early-stage crack detection and identification in train wheelset axles. This procedure is non-trivial to enforce on the basis of a purely data-driven approach and typically requires the adoption of numerical, e.g. finite element-based, simulation schemes of the dynamic behavior of these axles. Damage in this particular case can be formulated as a breathing crack problem, which further complicates simulation by introducing response-dependent nonlinearities into the picture. In this study, first, a new crack detection feature based on higher-order harmonics of the breathing crack is proposed, termed Higher-Order Transmissibility (HOTr), and, secondly, its sensitivity and efficacy are assessed within the context of crack identification. Next, the mentioned feature is approximated via use of linear system theory, delivering a surrogate model which facilitates the computation and speeds up the crack identification procedure. The accuracy of the proposed method in reproducing the delivered HOTr is compared against the nonlinear simulation model. The obtained results suggest that the approximation of the HOTr can significantly reduce the computational burden by eliminating the need for an iterative solution of the governing nonlinear equation of motion, while maintaining a high level of accuracy when compared against the reference model. This implies great potential for adoption in in-service damage identification for wheelset axles, feasibly within a near real-time context.
主题: 计算工程、金融与科学 (cs.CE)
引用方式: arXiv:2507.18636 [cs.CE]
  (或者 arXiv:2507.18636v1 [cs.CE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.18636
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Ehsan Naghizadeh [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 5 月 2 日 12:00:23 UTC (5,927 KB)
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