一类非线性系统载荷识别的组合迭代法

针对一类非线性系统提出了一种新的载荷识别方法,组合迭代法.该方法通过有限元方法和主动控制方法组合迭代来实现一类非线性系统的载荷识别.首先将非线性系统的有限元模型模态缩减成简化模型,由简化模型组成主动控制的被控对象;然后在选定的控制律下,设计控制调节器,使该系统监测点的响应功率谱密度达到预定谱,从而得到系统激励,即被识别的载荷;最后由非线性有限元响应验证载荷的合理性.对圆锥壳-包带组合系统载荷识别的数值研究表明了组合迭代法的有效性.该方法为导弹、宇宙飞船、航天飞机、火箭等航天航空结构振动试验的载荷识别提供指导作用,将促进航天航空事业的发展.     

应变控制的热机械疲劳行为的数值模拟

根据高温合金材料的力学性能,以弹粘塑性本构模型为基础,用数值模拟方法研究材料的热机械疲劳循环特性.模型将应变分为弹性应变、温度应变和粘塑性应变三部分,认为材料在高温循环载荷下呈现明显的弹粘塑性特征.根据虚位移原理建立轴对称体的弹粘塑性计算有限元格式.对于循环机械载荷和循环温度载荷,程序中采用了增量法迭代求解,在非线性项中不仅考虑了机械载荷增量的影响,同时也考虑了温度增量的影响.根据应变控制热机械疲劳的特点,发展了应变增量法的有限元计算方法.通过数值模拟,得到材料在各种循环载荷下的应力-应变响应.数值模拟较好地反映了粘塑性变形过程以及温度变化的效应.所描述的不可逆系统在某一时刻的状态完全由当时的状态参数、内变量、承载时间及塑性应变累积量决定.对带缺口试件的模拟结果显示了程序对复杂轴对称结构进行热机械疲劳计算的有效性.     

金属正交波纹夹芯结构的动态压缩响应

通过理论和数值方法,对冲击载荷下金属正交波纹夹芯结构的动态压缩响应进行了研究。考虑材料应变率影响,建立了金属正交波纹夹芯结构动态响应的理论模型,同时对它的动态压缩响应进行了有限元模拟。结果表明,考虑材料应变率影响的理论模型的预测结果与有限元模拟结果吻合较好。进一步对多层正交波纹夹芯结构的动态压缩响应进行了数值模拟,获得了不同速度冲击下的变形模式,分析了层数对其动态响应的影响。研究发现,通过增加层数能够有效地增强结构的缓冲吸能能力,但层数超过4层以后增强效果不明显。

     

基于Green函数的动态载荷区间识别方法研究

基于位移响应时间序列,提出了对结构动态载荷时间历程进行识别的区间方法.载荷在时域内可用一系列脉冲响应函数来表示,系统的响应是载荷与单位脉冲响应函数(Green函数)的卷积分.采用区间向量定量化不确定但有界的位移响应时间序列,并将Green函数离散,构造区间线性方程组,并利用区间摄动法进行求解,从而得到待识别载荷时间历程的区间估计.对不同测点下识别得到的载荷区间进行集员识别,改进识别结果精度.最后通过对十杆桁架结构和悬臂梁结构的动态载荷识别,验证了本文方法的有效性和适用性.     

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。     

雨载作用下浮顶结构有限元分析的载荷修正法

浮顶结构的受力与变形之间存在着非线性的耦合关系,这给计算分析带来了很大的麻烦。为了解决这一问题,本文提出了单盘式浮顶结构在雨水载荷作用下有限元分析的载荷修正计算方法。通过对浮顶结构力学模型的分析,建立了浮顶结构载荷与单盘挠度之间的关系式,并基于这一关系式给出了浮顶结构有限元分析的载荷修正法和相应计算方案。载荷修正法的基本思想是,首先利用有限元方法对浮顶结构进行几何大变形非线性分析,然后通过迭代修正来调整载荷大小,使得计算得到的载荷与挠度满足给定关系式,最终获得浮顶结构的变形与受力情况。最后,将计算结果与试验结果进行了比较,验证了本文提出的计算方法的有效性和可靠性,为浮顶结构的进一步有限元分析打下基础。     

随机振动载荷动力学等效的一种工程实现方法

利用实验室振动加载技术来等效模拟实际工况的随机振动载荷,以研究结构的振动环境适应性,是工程界通用的做法。文中讨论了随机振动载荷动力学等效的过程与方法,针对小阻尼稀疏模态结构,给出了基于结构振动响应等效的随机振动载荷等效关系的工程应用表达式和评价等效载荷对疲劳损伤影响的方法。简支梁数值模拟表明,通过文中方法设计的等效随机振动载荷,不仅可以获得变化不大的结构响应,而且疲劳损伤等效结果也可以满足工程应用精度要求。     

冰载荷下不锈钢复合板挠度特性分析

以复合板中面的挠度响应作为不锈钢复合板抗冲击性能的评价指标,基于能量法和经典层合板理论,考虑层间结构参数设计,通过横向载荷下的弯曲平衡微分方程,建立冰载荷下不锈钢复合板挠度响应简化解析模型。该分析模型将整个动态响应分析过程分为冰载荷计算分析和动力学方程求解两个阶段。分析了冰载荷模型的面倾角、冲击速度和碰撞位置对冰载荷的影响,确定极端工况参数,汇总接触面的节点力数据;分析了层厚比对挠度响应的影响规律;基于LS-DYNA有限元仿真以及数值算例分析,对比挠度响应仿真结果和解析计算值,验证了本文简化解析模型的准确性,研究结果对不锈钢复合板抗冲击性能分析和评估具有一定的参考价值。     

斜圈弹簧力学性能的有限元分析

斜圈弹簧在医疗器械、高压开关、汽车工业等领域应用广泛. 但其结构特殊, 受力复杂, 目前尚无有效的理论计算方法得出其载荷位移曲线, 只能通过数值仿真的方法研究其力学性能. 利用有限元软件ANSYS参数化建立环形斜圈弹簧有限元模型, 通过对模型的分析求解, 得出了其主要参数线径、节距、倾斜角与斜圈弹簧力学性能之间的关系. 研究了斜圈弹簧工作状态下的受力变形情况, 计算分析结果为斜圈弹簧的优化设计和合理应用提供了理论依据.     

一种基于比例反馈控制原理的动载荷时域反演方法

通过借鉴系统控制论中的比例反馈控制原理,提出了一种新的结构动载荷时域反演方法.该方法在原开环系统的输出与结构模型之间连接一个虚拟的比例反馈增益,使得原来的开环系统成为一个虚拟的闭环反馈控制系统,系统控制信号为实测的结构加速度响应.反馈控制器将系统输出与控制信号之闻的差值进行放大后作为反馈不断输入到结构模型中,直到差值趋于稳定,此时该差值与反馈增益的乘积经过高通滤波后即得到所反演的动态载荷.该方法将载荷反演问题的求解转化为正问题中的结构瞬态响应求解,采用一般的数值解法如New-mark法即可实现,因此计算比较简便迅速.该方法仅需要测量结构的加速度响应即可进行反演,便于实际应用,而且并不十分依赖于真实的初始条件,由于不存在误差累积的现象,反演结果具有较好的稳定性.最后,通过海洋平台结构冰载荷反演的模型实验和数值仿真证明了该方法的有效性.     

实验数据反演识别分析方法与力学表征

本文给出了两类基于实验(实测)数据的反演识别方法,简述了其在界面力学性能及工程实测数据分析中的应用.在粘接界面力学性能的反演识别实验研究中,基于不同加载速率的实验曲线,结合参数化界面力学模型,通过反演识别给出粘接界面力学性能参数,并对识别结果的适定性进行独立的实验验证;在基于工程实测数据的反演识别与力学建模方面,在分析盾构装备载荷特点的基础上,对海量的实测数据统计分类,提出了力学量纲分析的建模方法,并应用于盾构掘进载荷的反演识别研究.     

返力连杆作动器驱动的舵面铰链力矩飞行实测模型

在返力连杆作动器驱动的某型民机方向舵铰链力矩飞行实测中,已有的铰链力矩测量方法需同时测量返力杆轴/垂向实测载荷和作动筒轴向载荷,但由于结构空间限制,作动筒上无法加装应变电桥,测载难度大。本文提出了一种仅需测量与舵面无连接的小连杆轴向载荷即可间接反算舵面铰链力矩的模型,利用有限元方法确定了小连杆的应变测载位置,采用脱机载荷校准试验和铰链力矩联机验证试验建立并验证了舵面铰链力矩实测模型,通过协调侧滑飞行试验得到了方向舵铰链力矩实测结果。分析结果表明该实测模型结果准确有效,满足试飞要求,可用于类似驱动结构的舵面铰链力矩测量。

     

基于波传播系数构建填实爆炸下花岗岩中运动及变形场

为利用球面波实验测得的有限个粒子速度信息来分析地下爆炸下介质的运动及变形特性,基于黏弹性球面波理论和局部黏弹性等效假设,提出了一种构建地下爆炸运动及变形场的新方法。首先,利用0.125 g TNT填实爆炸下花岗岩中相邻测点的粒子速度频谱给出相应的频谱比;其次,结合黏弹性球面波理论给出的理论频谱比求解出相邻测点之间区域内等效的球面波传播系数;再次,利用局部黏弹性等效假设给出相邻测点之间任意一点的粒子速度频谱,再通过傅里叶逆变换给出粒子速度的时域波形;最后,利用运动场和变形场的物理关系,完成整个分析区域内运动场和变形场的构建。结果表明:由相邻测点反演得到的波传播系数,可高精度地构建相应测点之间区域内介质的运动及变形场;在半径15~50 mm区域内,径向压缩应变峰值约从1.7×10^-2降为2.1×10^-3,切向拉伸应变峰值约从4.7×10^-3降为0.4×10^-3,径向压缩应变率峰值约从5.1×10^4 s^-1降为2.5×10^3 s^-1,切向拉伸应变率峰值约从5.0×10^3 s^-1降为1.4×10^2 s^-1,涵盖了高应变(率)到中低应变(率)加、卸载的全过程。     

桥梁结构移动平稳随机荷载识别新方法

移动的平稳随机荷载对简支梁的作用,相当于固定的调制函数已知的非平稳随机荷载对简支梁结构的作用.本文以此为基础,研究了移动平稳随机荷载的识别问题.首先基于虚拟激励法的思想,利用特征值分解及奇异值分解技术,由虚拟位移响应反演虚拟广义坐标,有效地避免了矩阵求逆,得到高精度的广义坐标谱;同时利用Wiener-Khintchine关系及Duhamel积分,由广义坐标谱值反演得到平稳随机激励谱密度.仿真算例表明,只要适当地选取参振振型及测点位置,本文方法可以有效地识别桥梁结构的移动平稳随机荷载.     

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     

反求压电薄板智能结构荷载的有限元逆逼近方法

基于压电薄板智能结构提出一种有限元逆逼近反求结构荷载参量的方法,逼近目标函数以压电电荷响应为参量,迭代初值采用单位荷载预逼近方法;数值算例表明了该方法的有效性,可用于解决压电智能结构的荷载识别问题。     

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.      

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从城市垃圾填埋场沉降的 机理出发,以经典力学中应力-应变之间的关系为基础,建立起城市垃圾填埋场在载荷、蠕变 和生物降解耦合作用下沉降的力学模型,并分别确定在载荷、蠕变和生物降解作用下屈服表 面应力增量的表达式. 通过填埋场沉降的实例计算,该模型得到了较为满意的预测结果.     

基于提升小波变换和互相关函数的梁式桥损伤检测

为了有效地提取梁式桥的损伤特征,提出了一种将提升小波变换与互相关函数幅值向量相结合的损伤识别的方法。首先利用提升小波变换将车载作用下梁桥结构的加速度响应分解到单阶模态上,再对提升重构后得到的第一阶响应进行互相关处理,利用提出的损伤指标来进行损伤定位。通过数值仿真和模拟实验,验证了方法的有效性,讨论了噪声及测点稀疏对识别结果的影响,结果表明该方法具有良好的噪声鲁棒性。另外,在综合考虑经济性和识别结果准确性的情况下,给出了合理的测点布置方式。