基于1范数正则化的模型修正方法在结构损伤识别中的应用

以基于灵敏度分析的有限元模型修正方法为基础,提出了一种基于1范数正则化过程的结构损伤识别方法。通过与以Tikhonov正则化为代表的二次型正则化过程相比较,本文的理论分析表明1范数正则化方法在迭代计算过程中能根据上一迭代步损伤识别结果自适应地调整正则化项中的损伤参数权系数,从而显著改善了Tikhonov正则化识别结果过度光滑的缺陷,更利于识别结构的局部损伤。为解决引入1范数造成的数值计算困难,文中还对基于1范数正则化的模型修正算法进行了改进。以二维框架模型为例的损伤识别数值模拟表明：1范数正则化方法与模型修正方法相结合可以有效抑制实测模态参数中噪声的影响,体现出较好的鲁棒性;在模态噪声水平达到10%的情况下,仍能有效抑制噪声干扰,凸显结构局部损伤位置,准确识别损伤程度。     

海洋平台的冰力谱与冰振响应分析

利用原型结构的直接冰力测量数据,建立了锥体结构的冰力谱模型.利用渤海辽东湾的JZ20-2MUQ平台对锥体冰力谱模型进行了验证.为了降低误差,在结构模型分析中,利用实测平台振动数据确定了平台的综合阻尼系数.利用谱分析方法计算了不同冰厚与冰速下的结构甲板振动响应,并与实测的结果进行了比较.结果表明,计算与实测的结构振动响应吻合的比较好,说明了建立的冰力谱模型具有实用性.     

基于无迹卡尔曼滤波的高层建筑风荷载反演

基于无迹卡尔曼滤波提出了一种高层建筑风荷载的反演算法，该方法利用有限测量楼层的风致响应数据，实时识别结构的未知风荷载和风致响应。通过典型高层建筑的风洞试验进行风荷载反演实例分析，验证了该方法的准确性和适用性，评估了模态参数误差、测量噪声水平对风荷载反演的影响。研究结果表明，文中提出的算法对模态参数误差不敏感，在一定噪声水平下反演的结果基本能够满足实际工程需要，该算法为实时评估高层建筑的风荷载和风致响应提供了有效的工具。     

核反应堆吊篮流致随机响应研究

讨论反应堆吊篮结构在流体脉动压力作用下的随机响应。基于吊篮缩比模型的试验实测流体脉动压力时程数据，建立了吊篮结构随机响应的模态分析方法，并以秦山核电机组吊篮结构为例进行了算例。     

对用稳定图识别真假模态的一点改进

利用单位样值响应矩阵和自由响应的特征值分解形式中的特征值前的系数矩阵的范数作稳定判据，结合稳定图识别真假模态，计算表明，本方法具有较好的分解能力。     

一种求解局部非线性结构稳态响应的方法

为了降低求解局部非线性结构稳态响应的计算量,基于子结构和阻抗缩聚提出了一种用于求解局部非线性结构稳态响应的计算方法.将局部非线性结构分解为线性子结构和非线性子结构,利用谐波平衡构造各个子结构的阻抗方程,对线性子结构进行缩聚,将局部非线性动力学方程转化为求解一组非线性代数方程组问题,通过迭代求解非线性代数方程组,求解系统的稳态响应.     

STOCHASTIC P-BIFURCATION OF TRI-STABLE VAN DER POL-DUFFING OSCILLATOR

分析了乘性和加性噪声作用下三稳态Van der Pol-Duffing振子的随机P分岔. 首先用随机平均法得到系统的随机微分方程,求得系统响应幅值的稳态概率密度函数. 然后应用分岔分析的奇异性理论,求得随机P分岔发生的临界参数条件,得到多种定性不同的稳态概率密度曲线. 讨论了2种激励噪声强度和系统阻尼对响应稳态概率密度曲线峰的个数、各峰值相对大小的影响. 通过Monte-Carlo数值模拟对理论计算结果进行了验证.该方法可用于其他系统的随机P分岔分析.     

基于贝叶斯信息融合的岸桥有限元模型修正研究

为建立精确的岸桥有限元模型,研究了基于贝叶斯信息融合的模型修正方法．通过方差分析,确定待修正参数,利用中心复合试验设计获取样本点,根据有限元计算结果与实测的结果残差为目标函数获得响应样本．拟合样本点和响应样本值构建二阶多项式响应面模型,并检验响应面模型的精度．基于贝叶斯理论更新融合系数来优化响应面参数,从而获得修正模型．以宁波大榭3号岸桥为工程背景,对比修正后的模态频率和实测频率,最大频率相对误差不超过5%,进而验证了基于贝叶斯信息融合的动力学有限元模型修正方法的有效性．修正后的有限元模型可进一步应用于岸桥的健康监测和安全评估．     

一类双边碰撞振动系统的随机响应研究

碰撞过程凭借瞬时冲击模型得以简化,但采用经典的Newton恢复系数模型为计算带来了误差。本研究引入修正的恢复系数模型取代经典的Newton恢复系数模型,预测了一类宽带噪声激励下双边碰撞振动系统的随机动力学响应。位移的碰撞条件借助自由振动系统被转化为能量的碰撞条件。根据系统的能量水平,系统的运动可被分为双边碰撞和无碰撞振动两类。进一步地,两类运动的平均漂移系数和扩散系数可借助能量包线随机平均法求解获得。在此基础上,建立并求解对应的Fokker-Plank-Kolmogorov (FPK)方程,进而得到系统的稳态响应。最后,将所提方法应用于Duffing振子,讨论了屈服速度、挡板间距和噪声激励对响应的影响,并用蒙特卡罗模拟验证了所述方法的有效性。     

关于结构刚度方程病态问题的疑难分析

本文围绕矩阵位移法求解结构位移的误差,讨论了结构刚度矩阵的病态问题,指出了计算上的病态常常是结构刚度分布和结构拓扑的不合理,而不一定是计算本身的问题。首先,文章依据误差界的概念和范数的性质推导了衡量结构刚度矩阵病态程度的条件数的公式。然后,阐明了基于不同范数的条件数在衡量矩阵病态程度上的等价性。最后,通过两个具有代表性的算例,分别从结构构件的刚度差异和结构几何拓扑两方面,计算和分析了结构刚度矩阵的病态程度随结构本身性质的改变而改变的规律。在特定的算例中,还有使结构刚度矩阵的病态程度降到最低的最佳刚度分布。     

Identification of nonlinear bolted lap-joint parameters by force-state mapping

Joints and fasteners often have a significant effect on the dynamical behaviour of assembled mechanical structures and the analytical prediction of structural responses therefore depends upon the accuracy of joint modelling. Detailed constitutive models that fully describe the behaviour of frictional interfaces are often unduly complicated; in which case simpler phenomenological models having parameters identified from vibration tests may be preferable. Unfortunately the direct measurement of forces transmitted between two contacting surfaces and their relative displacements are not possible in practice and it is therefore necessary to rely on measurements remote from joints. In this paper, the parameters of an assumed nonlinear joint model are identified by force-state mapping from time-domain acceleration records in response to single-frequency excitation close to the first natural frequency. The problem of lack of accessibility for measurement at the joint is overcome by casting the governing equation of the system in modal coordinates so that modal parameters are identified to represent the nonlinear behaviour of the joint. A particular result from the experimental programme is the identification of viscous damping coefficients dependent upon displacement amplitude. The significance of this result is that the complex phenomenon of energy dissipation in lap joints can be represented by a simple analytical model capable of producing accurate results.     

A model identification method of vibrating structures from incomplete modal information

ＡＭＯＤＥＬＩＤＥＮＴＩＦＩＣＡＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＯＦＶＩＢＲＡＴＩＮＧＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＦＲＯＭＩＮＣＯＭＰＬＥＴＥＭＯＤＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＺｈｅｎｇＸｉａｏｐｉｎｇ（郑小平）ＹａｏＺｈｅｎｈａｎ（姚振汉）ＱｕＳｈｉｓｈｅｎｇ（蘧时胜）...     

A MODEL IDENTIFICATION METHOD OF VIBRATING STRUCTURES FROM INCOMPLETE MODAL INFORMATION

ＡＭＯＤＥＬＩＤＥＮＴＩＦＩＣＡＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＯＦＶＩＢＲＡＴＩＮＧＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＦＲＯＭＩＮＣＯＭＰＬＥＴＥＭＯＤＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＺｈｅｎｇＸｉａｏｐｉｎｇ（郑小平）ＹａｏＺｈｅｎｈａｎ（姚振汉）ＱｕＳｈｉｓｈｅｎｇ（蘧时胜）...     

粘弹性阻尼修改后结构系统动特性的预测

无阻尼或比例阻尼结构系统经粘弹阻尼修改后,可变为粘弹性阻尼系统。要获得其动特性,需求解复特征值问题。但是,随之带来了计算量大、费用高等问题。尤其是粘弹性材料特性随频率而变化,需求解高阶非线性复特征值问题,这对于一个自由度较大的结构,计算量太大,通常较难实现。本文在特征值修改方法的基础上,提出粘弹性阻尼局部动力修改方法,即仅需已知原结构系统的实模态参数,就可求出粘弹阻尼修改后系统的复模态参数。还发展了特征值和修改量同时迭代方法,有效地解决了粘弹材料复模量随频率变化引起的非线性复特征值问题。     

液体边界层对平板结构振动阻尼效应分析

本文分析了液体边界层对平板振动的阻尼效应，基于液体的Stokes边界层理论，建立了考虑液体边界层阻尼效应的平板振动单自由度系统运动方程，利用Laplace变换方法求解了运动方程，得到了平板结构的位移响应解答，制作了一个单自由度质量-弹簧系统来测量水体粘滞阻尼效应，并将理论与试验结果进行了对比分析，表明Stokes边界层理论能较好模拟水体的粘滞阻尼特性，边界层阻尼明显减小了结构的动力响应，本文最后讨论了所提的分析方法的适用范围．     

A COMPLEX PARAMETER MODEL UPDATING METHOD FOR DAMPING CHARACTERISTICS OF FINITE ELEMENT MODELS

阻尼对于结构动力学响应具有重要的影响,但有限元模型一般很难对阻尼特性进行精确建模.基于实测频响函数,研究了一种有限元模型阻尼特性的复参数修正方法.以待修正区域各单元质量、刚度矩阵的比例修正系数为复修正参数,建立了单元矩阵比例修正的灵敏度方程直接算法,并对比分析了复修正参数与不同阻尼特性之间的数学关系.以六自由度集中参数模型和25杆平面桁架模型为例,验证了复参数修正方法在阻尼特性修正中的有效性.     

Structural damping identification method using normal FRFs

All structures exhibit some form of damping, but despite a large literature on the damping, it still remains one of the least well-understood aspects of general vibration analysis. The synthesis of damping in structural systems and machines is extremely important if a model is to be used in predicting vibration levels, transient responses, transmissibility, decay times or other characteristics in design and analysis that are dominated by energy dissipation. In this paper, new structural damping identification method using normal frequency response functions (NFRFs) which are obtained experimentally is proposed and tested with the objective that the damped finite element model is able to predict the measured FRFs accurately. The proposed structural damping identification is a direct method. In the proposed method, normal FRFs are estimated from the complex FRFs, which are obtained experimentally of the structure. The estimated normal FRFs are subsequently used for identification of general structural damping. The effectiveness of the proposed structural damping identification method is demonstrated by two numerical simulated examples and one real experimental data. Firstly, a study is performed using a lumped mass system. The lumped mass system study is followed by case involving numerical simulation of fixed–fixed beam. The effect of coordinate incompleteness and robustness of method under presence of noise is investigated. The performance of the proposed structural damping identification method is investigated for cases of light, medium, heavily and non-proportional damped structures. The numerical studies are followed by a case involving actual measured data for the case of a cantilever beam structure. The results have shown that the proposed damping identification method can be used to derive an accurate general structural damping model of the system. This is illustrated by matching the damped identified FRFs with the experimentally obtained FRFs.     

STUDY ON A DYNAMICS MODEL OF TAPPING MODE AFM AND ENERGY DISSIPATION MECHANISM$^{\bf 1)}$

轻敲模式下探针从远离到间歇性接触样品表面,是一个连续的能量耗散过程.针对该连续过程的能量耗散机理研究仅零星存在于各个文献之中,对于连续过程中各个阶段的能量耗散机理也没有一个系统的解释和实验验证.本文提出了新的位移激励下原子力显微镜探针-样品系统简化模型并得到了一维振子系统等效阻尼的计算方法,并通过该方法计算了探针在远离样品表面时的空气黏性阻尼和靠近样品时的空气压膜阻尼,分析了探针从远离样品到间歇性接触样品表面这一过程中的环境耗散机理变化,得到了原子力显微镜系统理论品质因数与探针工作位置的关系曲线;在此基础上设计了轻敲模式下的微悬臂梁扫频实验,得到了系统实验品质因数与探针工作位置的关系曲线,进而验证了理论模型的准确性. 本文通过对轻敲模式下AFM环境耗散机理进行理论分析和实验验证,希望可以对轻敲模式下AFM动力学特性及其阻尼作用机理有更近一步的认识,同时对微纳米机电系统 (MEMS/NEMS) 能量耗散机理的研究提供理论参考和实验方法.     

导管架式海洋平台阻尼隔振及减振技术研究

分析和研究了导管架式海洋平台结构采用阻尼隔振技术的基本原理，建立了阻尼隔振体系简化计算模型，推导了两自由度简化模型，采用强行解耦方法计算结构第一振型阻尼比的计算公式，研究了隔振层参数与结构阻尼比的关系以及它们对结构整件和隔振层层间相对位转的控制效果，进行了在波浪力和地震工况下的数值模拟，结果表明，阻尼隔振方案是导管架式海洋平台的一种有效减振措施，当阻尼隔振层刚度较大时，可以有效控制平台结构的振动。     

A method for the identification of dynamic constraint parameters in multi-supported flexible structures

In this paper, a new method for identifying the dynamical parameters of local constraining supports such as mass, stiffness, and damping was developed through combining the measured frequency transfer functions and structural modification techniques. Since measurement noise often leads to erroneous identifications, regularization techniques have been implemented to reduce noise amplification in the inverse problem. The developed technique has been validated by numerical tests on a multi-supported flexible structure, which can be seen as an idealized electricity generator rotor shaft. The results are satisfactory for noise-free data as well as under realistic noise levels. The sensitivity of the identified support features to noise levels is asserted through a parametric study