基于Wilson-θ显式算法的动载荷快速定位及重建方法EI北大核心CSCD

通过将Wilson-θ数值算法转变为一种等效的显式表达式,由此建立了一种基于Wilson-θ显式算法的动载荷识别方法。在选取合适的参数θ值以后,该算法是无条件稳定的,并且避免了以往隐式识别算法中由于递推计算产生误差累积导致识别结果严重发散的问题。通过引入响应系数矩阵,该显式算法可以灵活地选取响应类型用于载荷识别计算。同时结合分离变量方法,将载荷位置信息从建立的模型矩阵中提取出来,由此减少矩阵求逆的次数,提高载荷定位计算的效率。结合简支梁的仿真算例与试验测试对该载荷识别方法进行验证。研究结果表明,基于Wilson-θ显式算法的动载荷快速定位及重建方法能够有效地识别得到载荷位置及相应的时间历程。相对于传统载荷识别方法,该方法计算结果的准确性更好,且运算效率更高。     

基于贝叶斯压缩感知的复合材料结构冲击载荷识别研究

提出了一种基于贝叶斯压缩感知的新方法,对作用在复合材料结构上的冲击载荷时间历程进行识别。首先将复合材料结构冲击响应的动力学正问题表示为单位脉冲响应函数和冲击载荷的卷积分,时域离散化后获得冲击载荷向量与冲击响应向量之间的线性关系;然后采用一组高斯核函数作为基函数来表示未知冲击载荷时间历程,将冲击载荷识别问题转换为基函数系数的稀疏正则化重构问题;接着通过贝叶斯压缩感知方法来求解该稀疏正则化重构问题,由测量的冲击响应,获得基函数的最优稀疏系数,继而重建冲击载荷时间历程。对复合材料夹层结构的实验研究结果验证了所提出方法的有效性和可应用性。     

基于时间序列模型自回归系数灵敏度分析的结构损伤识别方法

该文在分析了时间序列模型的自回归系数对结构单元刚度灵敏度的基础上,提出了一种采用随机载荷作用下结构的时域响应数据进行损伤识别的新方法。该方法首先根据随机载荷作用下的结构响应拟合适用的时序模型;然后建立基于自回归系数的损伤灵敏度矩阵,通过该矩阵可以建立由单元损伤导致的自回归系数的变化与损伤系数变化之间的关系;最后通过求解损伤系数向量来识别损伤位置和损伤程度。对一悬臂梁结构损伤识别的数值结果表明:在计入1%和2%测量噪声的情况下,该方法仅利用单个传感器的时域测量数据,就能够较好地识别单个单元和多个单元损伤;如果对基于多个传感器的识别结果进行综合,识别结果则更加准确、可靠。     

面向船体结构动冰载荷监测的线性形函数识别方法研究EI北大核心CSCD

船体结构冰载荷监测系统中的载荷识别算法是对船舶在冰区安全运行进行实时评估的关键环节,而常用的影响系数矩阵法尚未考虑冰载荷的动力效应。在时域内将动冰载荷离散为诸多时间元,在每个时间元内利用线性形函数的组合形式逼近构造动冰载荷;通过结构的动力响应分析得到形函数的响应矩阵,并以此建立船体结构冰载荷识别的正问题。利用共轭梯度最小二乘迭代型正则化算法和终止迭代准则对冰载荷识别问题中的不适定性进行控制。该数值算例和试验验证均表明,该冰载荷识别模型具有良好的识别精度、求解速度及稳定性。     

基于应变模态参数的结构瞬态载荷识别方法研究

该研究主要针对结构受到的瞬态载荷的识别问题,提出了基于应变响应和应变模态参数的载荷识别方法。假设时间步长内载荷不变,利用Duhamel积分导出了基于位移响应的载荷识别模型,提出了相应的正则化方法;给出了利用位移模态振型和应变模态振型将应变响应转换为位移响应的转换关系式,从而实现基于应变响应的瞬态载荷识别。该方法避免了应变到位移的空间积分过程,并通过正则化方法,保证转换过程的鲁棒性;通过海洋卫星的仿真实验算例对所述方法进行验证,并分析解决了单点激励时识别结果失真的问题。同时通过自由梁实验锤击实验对所述方法实际效果进行论证。结果表明,所提出的识别方法对瞬态载荷具有很好的识别效果,所推导的应变-位移转换关系具有较好的精度和鲁棒性。     

基于L1范数正则化和最小二乘优化的冲击载荷识别研究#br#

为了改善冲击载荷识别问题的病态特性，最大限度提高识别精度，在时域内提出一种基于L1范数正则化和最小二乘优化的改进冲击载荷识别方法。采用L1范数正则化方法构建冲击载荷稀疏反卷积模型，使用截断牛顿内点法求解L1范数的最小二乘优化问题，同时根据预条件共轭梯度法确定最优搜索路径和计算方向。最后，考虑不同冲击工况、不同响应位置对识别结果的影响。通过对铝合金板进行冲击载荷识别试验进行验证，发现在铝板受单次冲击和多次冲击工况下所识别载荷与施加的实际载荷吻合良好。结果还表明，与Tikhonov 正则化方法相比，该方法能够提高冲击载荷识别的准确性和稳定性。     

基于ARX模型的复合材料加筋板结构冲击载荷时程重建

发展一种基于ARX模型的冲击载荷时程重建方法,用于识别作用在复合材料结构上的冲击载荷时间历程,为复杂结构冲击载荷识别问题的解决提供有效途径。建立复合材料加筋板结构冲击载荷实验,首先对完成网格划分的复合材料加筋板结构进行冲击载荷训练,实现系统辨识,得到结构的ARX模型;然后推导逆向ARX模型的输入输出关系,通过逆向传递函数矩阵集合描述复合材料加筋板结构,结合等参单元理论,基于传感器信号重建复合材料加筋板结构的冲击载荷时间历程。研究结果表明,所提方法能够在线有效地重建作用在复合材料加筋板结构上的冲击载荷时间历程。     

基于Tikhonov正则化及奇异值分解的载荷识别方法

针对矩阵求逆法应用中存在的病态逆问题,用Tikhonov正则化及奇异值分解法解决。通过对平板模型仿真分析,利用频响函数法矩阵条件数评价系统的病态性,系统病态性不同时用奇异值分解法与基于不同正则化参数选择的Tikhonov方法对载荷进行识别。研究表明,条件数大于1000时,Tikhonov正则化方法识别误差较小;反之,奇异值分解法较优。提出综合使用Tikhonov正则化与奇异值分解的载荷识别方法,给出方法流程。仿真与实验结果表明该方法可提高结构载荷识别精度,具有一定工程应用价值。     

轴承动载荷识别方法改进及试验验证

轴承动载荷是影响旋转机械安全稳定运行的重要因素。在基于频响函数求逆法的动载荷识别模型基础上，针对频响函数矩阵病态性问题，提出基于响应点优化和截断奇异值分解（Truncated Singular Value Decomposition，TSVD）法的矩阵病态消除方法。首先，选择条件数最小的测点组合进行响应点优化，再利用TSVD法识别轴承动载荷。在所搭建的双转子实验台上设计识别方案，通过改变轮盘不平衡量，验证了根据该方法识别轴承动载荷的可靠性。     

基于小波形函数的动态荷载识别方法

基于形函数和时域反卷积法的动态荷载识别方法能有效减少待求量数目和提高识别效率;为实现识别精度与效率之间的平衡,提出了一种基于多尺度小波形函数和时域反卷积的动态荷载识别方法。在时域内动态荷载进行离散化处理,并以小波尺度函数在时域单元内近似地逼近动态荷载,进一步组集所有时域单元小波形函数的动力响应,建立基于小波形函数的荷载-响应矩阵,识别结构动态荷载。通过提升小波尺度来提升荷载-响应矩阵尺度,提高动态荷载识别精度。采用悬臂梁和单层框架的数值算例验证了该方法的可行性。     

加筋复合材料圆筒结构的撞击识别

以加筋复合材料圆筒结构为对象,研究了复合材料结构的外部低速撞击识别问题。采用压电传感器获取发生低速撞击时在结构内产生的应力波信号。针对加筋复合材料结构的撞击位置识别,特别是监测区域边缘的位置识别问题,提出了基于传感器信号功率的两步法来估计撞击位置; 撞击载荷的重构采用系统辨识方法,通过分析系统辨识方法中传递函数的模型阶次和相关性系数的关系,提出了模型阶次选择的原则以进一步完善该方法。结果表明: 所提出的两步定位法可较好地估计所有监测区域的撞击位置,所改进的系统辨识方法可较好地识别非加筋区域上的撞击位置和撞击载荷时间历程; 当撞击点为加筋区域时,由于筋条对应力波传播的复杂影响导致撞击识别误差偏大。     

多点平稳随机载荷识别方法研究

根据矩阵谱分解的思想,提出多点任意相关的随机载荷识别方法.鉴于响应功率谱矩阵和激励功率谱矩阵具有相同的秩且为非负定,首先推导完全相干的功率谱矩阵的识别方法,将任意相干的激励功率谱矩阵进行谱分解成完全相干的功率谱矩阵之和,利用响应信息识别分解后的完全相干功率谱进而完成对激励功率谱的识别.该方法具有较高的识别精度.针对求解逆问题中的适定性进行了讨论,指出病态的原因并运用条件数权重法,该法能在一定程度上减轻病态,提高识别精度.通过实验和仿真验证上述方法的正确性.最后对提高识别精度提出了建议.     

冲击载荷识别的瞬态统计能量分析方法

提出了一种基于瞬态统计能量分析理论的冲击载荷识别新方法。利用该方法,首先由系统能量平衡方程确定冲击载荷的作用位置及相应的输入能量,在常值假设条件下根据识别的输入能量反演得到冲击载荷的幅值谱,在此基础上,对于给定的冲击载荷时域波形形式,提出一种参数拟合方法用于最终重建冲击载荷的时间历程。通过一个两板耦合结构系统的冲击载荷识别对识别方法进行了实验验证研究。结果表明冲击载荷识别的瞬态统计能量分析法能够准确地识别冲击载荷的作用位置和输入能量,在冲击波形已知的假设条件下可以较为准确地重建冲击载荷的时间历程,从而为实际工程中的冲击载荷识别提供了一条可行途径。     

基于加权正则化的火箭发动机振动传递路径分析

为了给火箭发动机振动控制提供依据,需要对受到多源激励的发动机进行振动传递路径分析,其主要包括载荷识别和贡献量分析两个环节。为了准确识别发动机多源激励载荷并提供可靠的振动贡献量分析结果,提出一种基于加权正则化的改进传递路径分析技术。首先,推导出了载荷识别相对误差上界,并利用加权矩阵和贝叶斯理论提高载荷识别精度,并基于此提出改进的传递路径分析理论。然后,进行某发动机地面振动试验。最后,根据所提的加权正则化载荷识别理论和参考点响应数据识别了多源激励,并计算分析了不同振源在目标点的振动贡献量。分析结果表明,相较于传统传递路径分析技术,所提方法能更准确地识别多源激励,提供更可靠的振动贡献量分析结果。     

框架结构损伤定位的比例柔度矩阵分解法试验研究

提出了基于比例柔度矩阵LU分解的结构损伤定位方法。该方法从结构振动响应入手,首先识别出结构前几阶模态振型和频率,构建结构比例柔度矩阵;然后对损伤前后的比例柔度矩阵差进行LU分解;最后基于U矩阵和曲率方法构建损伤指标对损伤进行定位。基于某20层框架结构进行了数值模拟损伤定位研究;并在实验室设计、建造一个6层集中质量剪切型框架模型,基于该模型分别进行了振动台试验和脉冲激励试验。模拟和试验下的单损伤和多损伤工况结果均表明:提出的方法能准确地对结构损伤进行定位。该方法只需要损伤前后测点的振动响应数据,不需要结构有限元模型,避免了复杂的结构有限元模型建模和模型修正工作;并且构建一个满足精确度的比例柔度矩阵只需要结构的前几阶低阶模态参数,而低阶参数的识别准确性相对较高,这些优点均为该方法的工程应用奠定了基础。     

引射筒动态载荷识别研究

基于动态载荷的频域识别方法,对引射筒所受发动机试车产生的动态载荷进行识别。通过实验测量引射筒在试车过程中的动态响应;通过有限元计算方法获得载荷基函数对结构作用响应;采用最小二乘法获得引射筒所受动态载荷谱。计算识别所得载荷谱产生的动态响应,并与实验测量值比较,给出识别所得动态载荷谱误差,并分析误差产生原因。结果表明,频域载荷识别方法能较准确识别引射筒在发动机试车过程中所受动态载荷,可为工程研究提供参考。     

失效测点影响下极地船舶结构冰载荷的有效识别方法

冰载荷是极地船舶在冰区航行时受到的一种极端环境载荷,而对船体结构的现场监测是研究冰载荷的重要途径。一般通过在船体结构上安装应变传感器直接测量冰载荷引起的应变响应;采用影响系数矩阵法根据应变响应反演识别冰载荷。然而当应变传感器无法正常工作时,识别结果的准确性将难以得到保障。通过对典型极地船舶舷侧板架结构的有限元分析,研究了测点失效对识别结果的影响。基于对“天恩号”多用途冰级船实测应变数据以及典型极地船舶舷侧板架结构有限元应变数据的深入分析,确定了测点应变的空间分布规律,并进一步提出了失效测点影响下基于最小二乘拟合的冰载荷识别方法。在此基础上,较为准确地识别出7种典型工况下的冰载荷,大幅降低了识别误差,最终验证了该方法的有效性。     

基于频域法的星箭连接分离装置的冲击载荷识别

基于频域法动载荷识别原理,识别基于记忆合金驱动的星箭连接分离装置的三次冲击载荷。通过EEMD算法对测点冲击响应信号去噪及识别,可知频域法可以比较准确识别出星箭连接分离装置的三次冲击载荷,识别效果更具优势,实验结果也间接验证了方法的可行性与正确性。     

动态载荷激励位置识别技术研究

以简支梁为研究对象,提出了一种动态载荷激励位置识别的“最小判定系数法”。预估载荷虚拟激励位置,择优选取两组加速度响应并在频域内识别虚拟激励位置处的两组当量动载荷,令其差值为最优化目标变量,则最小目标变量对应的一组虚拟激励位置即为载荷真实激励位置。仿真和实验结果表明该方法正确、可行。     

整体平动自由结构载荷时域识别技术研究

研究整体平动自由结构载荷识别的Green函数法及应用途径。建立测点绝对运动加速度与动态激励力卷积关系,采用截断奇异值分解的正则化方法求解反卷积问题。以受轴向激励自由梁为对象,考虑不变及变截面模量两种情形,讨论整体平动及变形运动在核函数中的构成比例与核函数矩阵病态特性关系,分析结构整体刚度及测点部位局部刚度对载荷反演精度影响机制及测点布置需考虑的刚度因素,提高正则化方法计算稳健性;分析复杂的组合薄壁结构,以一点响应反求其在牵制释放实验中所受冲击载荷进行结构瞬态响应有限元仿真,比较多点仿真与实测结果,验证反求方法的有效性。