动载荷的识别方法

大多数情况下, 作用在工程结构上的动载荷, 如高性能战斗机在大攻角机动飞行时作用在垂尾结构上的抖振载荷, 是无法直接测量的, 只能通过测试结构在动载荷作用下的动态响应来识别出结构的动载荷. 首先阐述了动载荷识别的基本原理, 然后根据结构模型的特点, 将动载荷识别方法分为确定性结构的动载荷识别方法和不确定性结构的动载荷识别两大类, 对近些年国内外学者在这两方面的研究进展进行述评, 最后针对目前动载荷识别方法研究中所存在的问题, 提出有待深入探讨的课题.      

基于线性多点逼近的载荷识别方法

利用结构响应信息进行载荷识别是结构工程重要研究内容之一.本文提出了基于时空多点线性逼近的动载荷识别方法,利用特定的载荷基函数在空问和时间上多点线性组合逼近结构的未知荷载输入,实现结构载荷的参数化表达,使得载荷识别反问题归结为一个多点权重系数求解问题.所建立的识别方法不需要对结构模型预先进行模态分析,采用一个常系数矩阵对...     

矩阵摄动和Newmark-β逐步积分相结合的不确定性结构载荷识别

为了反演作用在不确定性结构上的动态激励上下界,在时域内建立了一个矩阵摄动和Newmark-β逐步积分相结合的载荷识别算法。首先依据矩阵摄动理论将动载荷近似表示为中值和摄动量相叠加的一阶泰勒多项式形式,然后引入Newmark-β逐步积分算法对振动学微分方程解耦,推导一个将输入载荷、输出响应和结构特性联系在一起的线性振动离散方程,借助该方程反求出动载荷的中值和摄动量,最终获得动载荷的上下边界。数值算例结果表明,该方法可以高效准确地重建载荷的上下边界,并具有优良的抗噪性能。     

基于独立分量分析的多源动态载荷识别方法

提出了基于独立分量分析的多源动态载荷识别方法, 解决了在结构系统未知的情况下载荷波形的识别问题. 该方法基于结构在多源动态载荷作用下, 其响应是载荷与对应的结构脉冲响应卷积的原理, 并假设载荷源相互统计独立. 与既有的载荷识别方法相比,该识别方法特点表现在: 结构质量, 刚度及阻尼等信息可以完全未知, 但以实际载荷间的独立性为优化目标; 用互信息来度量识别载荷间的独立性, 通过梯度下降算法取消识别载荷间的各阶相关性, 使识别载荷间基本满足相互独立; 从波形的角度来进行载荷识别.通过数值仿真表明: 该方法对测点, 噪声, 不同载荷形式及不同结构有较好的鲁棒性; 识别载荷与实际载荷在归一化条件下, 识别载荷与实际载荷相关性系数约为1.      

基于二阶系统解耦的精细积分格式下动载荷时域识别

基于模态分析法的载荷识别方法利用模态矩阵获得系统的非耦合形式,推导单自由度系统的载荷识别公式,但要求系统为比例阻尼。在模态模型基础上,对一般系统建立基于二阶系统解耦的动载荷时域识别模型。首先,利用基于Lancaster结构的二阶系统解耦方法推导出系统的非耦合形式;然后,采用精细逐步积分方法,在载荷为阶跃力的假设下,推导出载荷识别数学公式;最后,由系统实时响应反求结构载荷的时间历程。数值算例验证了本文方法针对比例阻尼系统较模态模型具有更高的精度,而且对非比例阻尼系统也有效可行。     

盒状件分布动载荷频域识别方法

引入二维广义正交多项式理论,用二维广义正交基函数拟合识别动载荷函数,以有限元分析软件为平台,将分布动载荷的识别转化为对正交基函数拟合系数的识别,从而建立二维分布动载荷频域识别理论.针对三维盒状件分布动载荷识别模型,进行降维处理,通过空间映射,将三维分布的动载荷转换到二维平面,利用二维广义正交多项式对分布动载荷进行识别.利用仿真算例表明:该识别方法有效,并且具有好的识别精度.     

区间参数结构平稳随机载荷识别方法

针对贫信息下不确定性结构的随机载荷识别问题,使用基于Taylor展开的区间分析方法,提出了一种不确定性结构随机载荷识别的非概率区间方法。该识别方法在频域中进行,识别时使用区间变量描述工程结构中的不确定性参数。基于测点的响应谱密度函数,首先对不确定性参数的名义值点进行随机载荷识别,其次计算载荷关于不确定性参数的灵敏度,最后基于区间扩张理论获得识别载荷谱的上下界值。算例结果表明,使用区间方法得到的不确定性结构的载荷谱识别区间界值都能完全包含载荷真值,此方法能够在结构设计时给出更为可靠的载荷工况。     

挖掘机工作载荷谱识别方法研究

为了快速准确地识别挖掘机等工程机械的工作载荷谱，基于时域内动应变响应与载荷的关系，提出一种新的工作载荷谱识别方法．首先，采集工作中的挖掘机结构上若干测点工作应变谱；其次建立有限元模型，通过有限元方法计算挖掘机在各种可能外载的单位载荷下的应变；最后，建立实测响应与数值模拟测点单位应变之间的关系，通过时间迭代求解结构响应与载荷间关系的线性方程组得到工作载荷谱．为说明方法的实用性和有效性，通过在结构上选择的7个基底测点的假设应变谱和数值模拟单位应变，获得挖掘机样机的工作载荷谱．文章最后讨论了在本文所提方法基础之上求解结构关键位置疲劳应力的方法．     

智能结构载荷识别的有限元反分析方法

利用阻尼最小二乘法建立了一种识别作用于结构上的载荷的大小和位置等参数的反分析方法。该方法能够根据结构中部分点的位移测量值进行载荷识别,并与有限元法和有限差分法相结合以增强它的适用性。算例表明该方法的有效性。     

界面上圆形衬砌结构对平面SH波散射

研究界面上的圆形衬砌结构对平面SH波散射与动应力集中问题.在一个含有半圆形衬砌缺口的弹性半空间水平面上,Green函数是受时间谐和的出平面线源载荷作用的位移基本解.采用沿界面“剖分”圆形衬砌结构的方法,并利用界面连续性条件建立起问题的定解积分方程组,进而得到圆形衬砌上的动应力集中解.最后给出了关于界面圆形衬砌结构上动应力集中系数的数值结果,并对界面圆形衬砌结构的动应力集中系数的影响进行了讨论.     

基于附加虚拟质量的结构损伤识别方法

针对大型土木结构的模态信息往往对局部损伤灵敏度较低的特点,提出通过在各个子结构上附加虚拟质量的方法提高局部灵敏度,实现整体结构的准确损伤识别。该方法无需在结构上布置真实质量,它首先利用虚拟变形法（VDM）可进行结构快速重分析的思想,由实测结构的激励和加速度响应,构造结构附加虚拟质量后虚拟结构的频率响应;然后结合灵敏度分析和附加质量与频率关系,确定所需附加质量和对应具有较高灵敏度的频率;最后分别在每个子结构上附加虚拟质量,联合所有虚拟结构和对应的频率即可准确快速地识别出整体结构各个子结构的损伤。本文通过两层平面框架有限元模型验证了附加质量损伤识别方法的有效性。     

基于神经网络对扁壳结构载荷位置识别问题的研究

在建立扁壳结构识别问题的力学模型基础上,运用神经网络方法构造了三层结构的神经网络,并以此对扁壳在集中力作用下的载荷位置的识别问题进行了研究,结果表明,采用有限元方法获取基本样本,运用神经网络方法对扁壳结构载荷位置的识别具有较好的效果。     

具有动应力和动位移约束的离散变量结构形状优化设计方法

讨论了动应力、动位移约束下离散变量状优化设计问题。首先用拟静力算法,将结构惯性力极值作为静载荷施加到结构上,求得结构的动位移和动内力,然后将考虑动应力约束和动作移约束的离散变量结构优化设计问题化为静应力和静位移约束的优化问题。在求解过程中,将单元内力作了一阶近似,并将多约束问题转化为单约束问题,然后利用两类变量统一考虑的离散变量结构形状优化设计的综合算法进行求解。     

一种基于遗传算法的时域内稳态动载荷识别方法

为避免传统载荷识别过程中产生的矩阵求逆病态和对初值敏感及累计误差等问题,将遗传算法应用到载荷识别过程中,将此动力学的反问题转化为结构动力学正计算,并且利用遗传算法进行寻优得到最优参数,从而得到待识别载荷时间历程的估计。通过仿真计算,所识别载荷计算振动响应与测量响应的误差为7%,结果表明本文提出的识别方法是有效的。     

轴对称壳体结构损伤识别方法研究

在对结构健康监测中的损伤识别方法进行调研与总结的基础上,针对某轴对称壳体结构开展损伤识别的动力识别方法研究.作者利用数值模拟技术评估了常用的动力损伤识别方法的有效性,选取出对研究对象损伤识别敏感量并实验验证指标识别有效性.进而在标识量敏感性分析的基础上,针对原有指标不足之处,提出了新的敏感指标,并与原有指标通过数值模拟对比验证其识别效果优越性.     

载荷作用位置不确定条件下结构动态稳健性拓扑优化设计

研究当外载荷作用位置不确定时, 连续体结构动态稳健性拓扑优化设计. 在减小结构对简谐激励动响应的同时, 有效降低其对外载荷作用点随机扰动的敏感性. 首先基于非概率凸模型的方法, 将外激励作用位置的不确定性用有界区间变量表示. 其次通过对加载位置的导数分析, 获得了在激励位置扰动情况下结构动柔顺度的二阶泰勒展开式. 基于变密度方法, 推导出了动柔顺度对拓扑设计变量的一阶灵敏度显性表达式. 最后在材料体积约束下, 采用移动渐近优化算法并结合载荷扰动区间内灵敏度的最大绝对值, 对连续体结构进行动态稳健性拓扑优化设计, 并与传统载荷位置固定条件下的确定性优化结果进行对比, 充分展示考虑外激励作用位置扰动对结构拓扑构型设计及其动柔顺度变化的影响. 数值优化结果表明, 采用文中提出的方法所获得的结构动响应的稳健性更高, 能有效抵抗外激励作用位置的随机扰动. 只要少许增大材料的体积, 稳健性优化设计的动响应将在整个载荷扰动区域内优于确定性优化结果.      

结构动态载荷识别的精细逐步积分法

对比例阻尼系统给出了基于精细逐步积分法的动态载荷识别方法。首先将系统进行模态坐标变换得到无耦合运动方程 ,然后应用精细逐步积分法构造一种高效精确的载荷识别公式 ,再由量测到的结构动态响应求出动态力的时间历程。数值算例验证了本方法的识别精度是好的     

一种直接求解的动态载荷识别方法

基于直接求解系统方程的位移响应,提出了一种时域内动态载荷的识别方法.该方法从中心差分格式的有限元离散形式出发,进行分块矩阵变换,将载荷识别问题转化为一个虚构系统方程的响应求解问题.通过数值算例,用两种不同形式的载荷检验了该方法的识别能力,分析了有无零相位滤波器对识别结果的影响.结果表明:所提出的载荷识别方法在位移响应数据含有噪声的情况下,能有效稳定地实现载荷识别;且计算简单快捷,抗噪能力强,不需进行模态分解,不存在模态截取等问题.     

一种时域载荷识别数值算法及其不适定性研究

某结构在试验中,经历了持续时间很短的出水过程,试验中获得了该状态下关键位置响应的时间历程,需进行结构试验环境适应性分析。本文将杜哈梅卷积积分离散化,推导了时域内载荷与响应之间的传递函数矩阵;基于该传递矩阵的逆运算发展了一种时域内载荷识别方法,该方法在数值仿真过程中往往出现累计误差过大导致不收敛的现象,研究分析发现这属于反问题中典型的不适定性问题,并采用最速下降法有效克服了该不适定性问题;同时还考察了该算法在不同信噪比下的识别精度。研究结果表明,正弦、随机、半正弦冲击等多种载荷均获得了较准确的识别结果。本文提出的方法便于复杂工程结构有限元模型的应用。     

基于线性多点逼近方法的结构局部非线性损伤识别

结构损伤通常伴随一定的非线性响应特征,当非线性特征较为明显时,单纯的有限元更新方法无法克服本身所固有的非线性特征的限制,在动力特性测试中也存在许多困难.本文研究时域内损伤识别方法,将局部非线性结构损伤等效为一个的附加子结构,基于线性多点逼近方法,将一个非线性损伤识别问题转化为作用于线性模型的载荷识别问题.通过结构非线性响应识别出等效附加力的时间历程,利用附加子结构的输入输出特性识别实际结构的单元损伤特性.在所提出的识别方法理论算法基础上,对单元刚度线性损伤和非线性损伤形式进行了数值模拟,算例显示这种方法的有效性.