铁电电容系统非线性电滞参数模型研究

为解决铁电电滞模型中特性参数确定困难的问题,改善模型在工程应用中受限现状,本文利用遗传算法提出一种实用的铁电模型特性参数识别方法,可根据随机试验数据完成特性参数的提取,继而重构铁电模型以模拟各种铁电电容系统的非线性电滞行为.以上方法不但可以预测各种电场条件下的电极化响应,还可预测反映系统特性的理想饱和极化响应.最后,为验证所提方法的有效性,本文进行了仿真计算验证,其结果表明,基于优化参数的电滞模型能够很好地与试验数据吻合,具有较好的精确性和鲁棒性,为铁电系统在实际工程的应用提供有效参考.     

SMA叠层变刚度水平万向阻尼器滞回性能研究

利用NiTi形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)的超弹性特性,开发了一种新型SMA叠层变刚度水平万向阻尼器,介绍了其基本构造和工作原理,建立了阻尼器恢复力计算模型并开展了滞回性能参数分析,研究了SMA张拉应变、SMA直径、阻尼器层数以及每层SMA丝根数对阻尼器行程、刚度、耗能、等效阻尼比的影响.研究结果表明：SMA叠层变刚度水平万向阻尼器的恢复力-位移滞回曲线呈饱满的纺锤形,阻尼器具有良好的能量耗散能力、自复位功能、大行程以及变刚度特性;随着SMA张拉应变由0.03不断增大至0.06,阻尼器最大行程不断减小而单位循环耗能呈先增大后减小趋势;随着SMA直径不断增大,阻尼器刚度和耗能能力不断增大而最大行程和等效阻尼比不变;随着叠层层数不断增大,阻尼器最大行程和单位循环耗能不断增加而刚度不断降低;随着每层SMA布置数量由8根增大至16和32根,阻尼器刚度和单位循环耗能不断增大而最大行程和等效阻尼比变化不明显.     

双线性滞回结构滤波问题的分段线性化法

提出了一种双线性滞回特性的分段微分表达式,根据伊藤随机微分方程和连续Markov向量过程的理论,导出了无须进行积分计算的双线性滞回结构的分段线性滤波器,简化了计算．算例表明,该法比随机等效线性化法和数字模拟的结果更为吻合．     

基于Kriging模型和改进MCMC算法的随机有限元模型修正

针对待修正参数维数较高时,标准马尔可夫链蒙特卡罗MCMC (Markov Chain Monte Carlo)算法不易收敛、拒绝率高的问题,提出了基于Kriging模型和在MCMC中融合花朵授粉算法的修正方法.首先,以待修正参数作为输入,以应变模态作为输出,建立Kriging模型,通过蝙蝠算法确定Kriging模型的相关系数;然后,采用最大熵的贝叶斯方法估计参数的后验概率密度函数,将花朵授粉算法融入MH (M etropolis-Hasting)抽样算法,提高局部寻优和全局寻优能力;最后,通过三自由度弹簧-质量系统和三维桁架结构的数值算例验证所提模型修正方法,修正后参数相对误差均低于0.86％.结果 表明,所提方法修正后较高维参数的马尔可夫链能够快速收敛且样本接受率也有所提高,该方法也对随机噪声具有一定的鲁棒性.     

土水特征曲线(SWCC)的滞回特性模拟研究

为了模拟非饱和土的水力、力学特性在多次降雨、蒸发过程中的变化特性,本文以传统域模型的基本原理为基础,推到得到了一个能够模拟SWCC滞后性的计算模型,该模型计算方法简单,易于通过程序实现,且通过与试验数据和其他模型的计算结果对比,验证了该模型的合理性,同时,这个模型可为研究在复杂吸力变化状态下非饱和土的渗流特性、强度特性以及本构模型的研究打下一定的基础。     

最小二乘识别的一个改进算法

本文首先研究采样频率对最小二乘识别精度的影响,分析了过高采样频率导致识别失败的原因,然后提出了一种既可充分利用采样数据又简单实用的改进算法,方法对单测点和多测点均适用,最后举例说明本文方法的有效性.     

含间隙裂缝的RC结构滞回系统混沌振动分析

研究了含间隙裂缝的钢筋混凝土结构对称滞回非线性问题. 建立了一种分段线性的对称滞回模型, 利用一次谐波线性方法求解结构系统的等效阻尼和等效刚度系数,得到了对称滞回非线性系统的等价线性方程. 通过数值分析比较了考虑和不考虑间隙与碰撞影响的两种情况下系统的混沌动力特性,研究表明: 不考虑间隙与碰撞影响的系统出现周期运动, 考虑间隙与碰撞影响系统更容易出现混沌运动; 在特定的参数范围内系统一定会出现无序的混沌运动.     

基于遗传退火混合算法的弹性地基上框架结构参数识别研究

对传统的简单遗传算法(GA)进行了改进,融合模拟退火技术(SA)的思想,建立了遗传模拟退火算法(GASA)的串行结构.GA采用群体并行搜索,通过概率意义下基于\"优胜劣汰\"思想的群体遗传操作来实现优化.SA采用串行优化结构,赋予搜索过程一种时变最终趋于零的概率突跳性,避免局部极小并最终趋于全局最优.两者的结合提高了遗传算法的全局搜索能力.本文对一实验室中弹性地基上框架结构进行了逐层模态实验研究,得到了四种工况下的模态频率和振型.首先对利用GASA算法对退火参数进行了优选,SA部分中的退温参数g和扰动幅度参数η对搜索效率及全局搜索能力具有重要的影响;然后对四种工况下混凝土的弹性模量和地基的动剪模量进行了识别,并与灵敏方法识别结果进行了对比,得到了结构物理参数随着结构浇注层数的增加而上升的规律,识别得到的弹性模量比回弹法结果偏大,与结构的静模量和动模量的区别有关.以上方法及其应用对于结构的健康监控具有现实的意义.     

基于改进萤火虫算法的移动车辆参数识

提出了一种基于萤火虫优化算法的移动车辆参数直接识别方法.采用四自由度双轴十二参数车辆模型和欧拉梁有限元模型建立了车桥耦合系统的动力方程,并利用Newmark直接积分法求解了系统的动力响应.通过引入一种局部搜索策略和末位淘汰机制改进了萤火虫优化算法的收敛速率,并提高了识别结果的精度.本文方法仅利用车辆振动的竖向加速度响应测量就能进行移动车辆参数的识别.数值算例表明,改进的萤火虫优化算法可以准确地识别出车辆的质量、悬挂刚度和阻尼等参数,并且对测量噪声不敏感.     

基于改进灰狼优化算法的结构损伤识别

结合模态柔度矩阵、广义模态柔度矩阵和振型三个识别精度较好的指标,构造新的目标函数求解损伤识别问题。通过Nelson方法求解得到的频率与振型的导数,得到对结构刚度发生变化时更具敏感性的位置,然后在这些位置布置传感器以提取结构信息。针对原有的灰狼算法虽然全局搜索能力强,但是存在局部搜索精度差的问题,本文从初始种群和收敛因子等方面着手,改善灰狼算法的局部搜索能力及收敛速度。最后利用提出的方法,通过识别梁模型及桁架模型中的损伤单元说明本文方法的有效性。     

计算系统识别与结构模型化

本文提出了利用计算机模拟输出实施系统识别的方法,并把这种概念性方法称之为“计算系统识别”。其基本点是,用计算机仿真模型和方法替代通常系统识别研究中的真实系统(或模拟试验系统)和试验方法那一部分,而实现通常系统识别研究的原定目标。联系结构模型化工作,文中报告了一例安全壳结构弯剪梁模型的识别结果。文章还介绍了一个解有约束极小化问题的修正单纯形法,用以完成结构物理参数的寻优任务。     

Bammann-Chiesa-Johnson粘塑性本构模型材料参数的一种识别方法

粘塑性本构模型能否成功模拟金属高应变率大应变变形过程依赖于材料参数识别结果的好坏。由于BCJ模型考虑了应变率、温度与材料硬化之间的耦合效应以及应变率、温度历史效应,同时模型中包含了多个材料参数,因此很难通过试验直接识别模型的材料参数。本文针对BCJ模型中的耦合效应和历史效应,基于对模型中材料参数物理涵义的界定,给出了一种对材料参数解耦、分离并进行估计的方法,获得了模型材料参数估计公式,估计了材料参数的取值范围。在此基础上,编制了BCJ模型应力积分径向返回算法和粒子群优化算法的计算程序,应用重新设计了BCJ模型耦合效应和历史效应的反分析方法,在参数取值范围内对材料参数进行了优化识别。以OFHC Cu为例,应用提出的识别方法对BCJ模型的材料参数进行了识别,计算结果和试验结果符合较好。     

飞行器气动参数辨识进展

飞行器气动参数辨识研究的主题,是应用系统辨识技术从飞行试验数据求取气动力,从而建立飞行器动力学系统的数学模型.它研究的对象是飞行器;解决的是空气动力学问题;采用的基本方程是飞行动力学的运动方程组;应用的研究手段是现代控制论的滤波、预测和估计理论.它是处于空气动力学、飞行力学、弹性力学和现代控制论之间的应用性研究课题. 本文综述了国内外公开发表的飞行器参数辨识研究的理论结果和实践经验,分八个专题——模型辨识,参数估计,数据预处理和相容性检验,试验设计与最佳输入,弹性与非定常效应,频域辨识,闭环辨识,辨识准度与系统验证——评述其研究进展和现状.     

Constitutive relation of viscoelastic dielectric elastomer

In this paper, we present a modified model describing the constitutive relation of viscoelastic dielectric elastomer (DE). The uniform uniaxial tension-recovery experiment was carried out at different stretching rates. Based on Yeoh hyper-elastic model, model-fitting approach is put forward to obtain the relationship between parameters of Yeoh model and stretching rate, thus the modified model was obtained. From the approximate relationship between harmonic motion and uniform reciprocating motion, the stress–strain curve in the recovery process was also identified through the hysteresis between stress and strain. The modified model, with concise form and evident physical concept, can describe the strong nonlinear behavior between deformation and mechanical stress of the material in a common stretching rate range (from 0.01s^?1 to 0.8s^?1 at least). The accuracy and reliability of the modified model was examined.     

各向异性超弹性的皮肤本构模型参数识别方法研究

通过力学建模方法对病人皮肤组织疾病进行诊断、评估和治疗,需要准确识别皮肤组织的力学性能。为此,提出了一种运用自适应模拟退火优化算法结合代理模型技术的皮肤组织本构参数识别方法。首先,采用有限元方法模拟皮肤单轴拉伸试验,获取不同参数组合下,皮肤组织的数值计算力学响应数据。为提高参数识别的计算效率,分别构建了响应面模型、克里金模型、椭球基神经网络3种代理模型来代替重复的仿真计算过程,并采用决定系数R²对3种代理模型的拟合精度进行校验。最后,利用自适应模拟退火优化算法,以试验曲线与数值计算曲线均方根误差最小为优化目标,通过反演识别出了与普通家猪腹肋部皮肤组织单轴拉伸试验结果最匹配的本构参数：C₁₀=0.140 1 MPa、k₁=24.51 MPa、k₂=0.496 1、κ=0.317 1、φ=13.86°。结果表明,椭球基神经网络模型更适合拟合皮肤本构模型参数与应力应变响应间的非线性关系。对比识别出的数值计算曲线与试验曲线,表明自适应模拟退火算法结合代理模型技术是识别皮肤组织各向异性超弹性本构参数的快速、可靠方法。     

基于粒子群优化算法的本构模型参数识别

基于群体与适应度的概念,应用改进的PSO算法,从随机解出发,提出了基于PSO算法的本构模型参数识别方法. 该方法解决了橡胶类材料大应变时硬化现象的本构模型参数的确定这一难题. 首先通过单轴拉伸本构模型实验,在针对硬化实验曲线存在拐点的情况下,应用PSO算法进行拟合,最后利用简单剪切实验进行验证. 结果表明该方法科学可行,且具有速度快、精度高、易于收敛等优点. 并且有效地解决了本构模型参数识别的困难,可广泛应用于各种复杂材料.     

基于改进链码法的LuGre摩擦模型动态参数辨识

针对现有LuGre摩擦模型动态参数辨识方法辨识精度不高,收敛性难以保证及参数初值难以确定等不足,提出了一种基于改进链码特征识别法的参数辨识方法。首先,研究LuGre摩擦模型中两个动态参数-鬃毛刚度系数与阻尼系数之间的关系,以及鬃毛刚度系数与预滑动阶段位移-摩擦力曲线形状之间的对应关系;然后,改进现有Freeman链码的采样方式和码间距,利用改进的链码结合傅立叶描绘子提取位移-摩擦力曲线的形状特征并形成特征向量;最后,以加噪声原始位移-摩擦力曲线和仿真位移-摩擦力曲线的特征向量为参数建立度量两曲线相似程度的欧氏距离,寻优得到使欧氏距离满足给定误差的仿真位移-摩擦力曲线,该曲线对应的鬃毛刚度系数即为其辨识值,进一步可计算出阻尼系数。文末给出的辨识实例验证了提出方法的正确性和有效性。     

Investigation of the adaptive features of a real-time nonlinear freeway traffic state estimator

This paper reports on real-data testing results for a real-time nonlinear freeway traffic state estimator with particular focus on its adaptive features. The pursued general approach to the real-time adaptive estimation of the complete traffic state in freeway stretches is based on stochastic nonlinear macroscopic traffic flow modeling and extended Kalman filtering that are outlined in the paper. One major innovative aspect of the estimator is the on-line estimation of important model parameters (free speed, critical density, and capacity) simultaneously with the estimation of traffic flow variables (flows, mean speeds, and densities), which leads to three significant advantages of the traffic state estimator: (1) avoidance of off-line model calibration; (2) automatic adaptation to changing external conditions (e.g. weather and light conditions); (3) enabling of incident alarms. The purpose of the reported real-data testing is, first, to demonstrate advantage (1) by investigating some basic properties of the estimator and, second, to explore some adaptive capabilities of the estimator that enable the other two advantages. The achieved testing results are quite satisfactory and promising for subsequent work.     

基于迟滞行为的2D-SiC/SiC复合材料组份力学性能分析

基于剪滞理论, 建立了单向纤维增强陶瓷基复合材料的加卸载理论模型, 分析了基体长碎块和短碎块对材料迟滞力学行为的不同影响. 通过拉伸循环加卸载试验, 获得了2D-SiC/SiC 复合材料的迟滞应力—应变行为.依据材料基体损伤特点, 将试验结果代入长碎块对应理论推导结果, 计算得到了4 个表征材料组份性能的参数:基体开裂应力为90 MPa, 热残余应力为19 MPa, 界面脱粘能为3.1 Jm², 界面滑移力为74 MPa. 最后结合少量短碎块的存在对试验结果的影响, 定性分析了计算结果的偏差. 结果表明, 获得的材料组分性能参数具有较小的分散性, 并能够准确表征材料整体的力学行为.