结构连续分布的动态随机载荷识别方法研究

复杂结构连续分布的动态随机载荷识别技术是结构动载荷识别技术的难点之一。推导了基于广义正交多项式特征技术动态随机载荷识别模型，馋决了在一定精度范围内通过有限测量部位随机振动响应信息识别无限未知量的结构分布动态随机载荷的关键技术，通过动态标定技术的研究和复杂结构有限元模型数值仿真计算验证了方法的正确性、有效性和工程可用性，适用于具有沿结构分布的振动随机载荷识别，为分布动态随机载荷识别技术的发展打下一定的基础。     

结构六分力的可识别性研究

本文在研究动态随机载荷识别的基础上，以坦克平衡肘为例，进行了材料力学和弹性力学的理论推导过程，提出了识别结构所受复杂的动态随机载荷的可识别性原则。     

一种提高平稳随机载荷识别精度的方法

针对动态随机载荷识别结果在固有频率附近因传递函数矩阵病态而出现载荷识别误差较大的问题,在逆虚拟激励法的基础上提出一种条件数加权平均算法尝试改善识别的精度。方法用仿真和试验验证了对识别精度的改善效果。同时采用频响函数条件数的大小来作为判断识别结果可靠度和测点组合选择的一个参考,减少了工作量并取得了良好的识别效果。提出了一些实际操作中的建议,为工程实际提供参考。     

二维分布动载荷识别的频域方法

运用频域法在广义正交域中识别二维分布动载荷。基于数学拟合理论，二维动态载荷在广义正交域中可分解为二维正交函数的级数形式，未知的二维分布动载荷就可以表示为各阶正交基函数线性叠加，这时未知的复杂分布动载荷的识别就可以转化为简单的正交拟合系数的识别。根据线性系统的叠加原理，将待识别载荷的分解基函数看成已知分布动载荷作用于结构时，结构的响应与待识别载荷作用下结构的响应成线性关系。只要结构实测的响应点数大于待识别的系数，就能求出各系数，因而就可以识别分布动载荷。通过计算机仿真验证该方法能有效识别二维分布动载荷，且能与有限元方法结合，识别复杂结构上的分布动载荷。该方法具有很好的通用性，能简单方便运用于工程结构，能很好地抑制噪声的干扰。仿真试验说明该方法具有很好的识别精度。进一步的试验验证了该方法工程适用性。     

复杂分布动载荷识别技术研究

复杂结构的分布动载荷识别技术是动载荷识别技术的难点之一。本文推导了基于广义正交多项式特征技术动载荷识别模型，解决了在一定精度范围内通过有限测量点的振动信息识别具有无限未知量的分布动载荷关键技术，通过动态标定技术的研究和复杂结构有限元模型数值仿真计算，验证了方法的正确性、有效性和工程可用性，适用于具有确定性分布的稳态振动载荷识别．为分布动载荷识别技术的发展打下一定的基础。     

动态载荷时域识别的级数方法

以动力学基本理论为基础，推导出在实模态和复模态空间内载荷识别的级数系数平衡法，并以幂级数展开理论获得动态载荷识别的计算公式，将时域中的卷积关系近简化为一个线性关系。数值仿真计算表明，这种方法适用于各种正弦、三角等波形的时域载荷，尤其对在共振频率下的正弦激振力，利用其过渡响应可满意地进行识别。     

基于神经网络模型的动载荷识别

依据结构动力学理论推导了在时域中用于神经网络算法的自回归函数，相应建立了具有时延反馈的神经网络动载荷识别模型。阐明了这种网络的基本学习算法和回忆算法。数值仿真和试验件的验证试验表明该神经网络模型用于动载荷识别时具有精度高、无累积误差、抗干扰能力强等优点，并且适用于各种类型的动载荷，尤其对冲击载荷的识别更具有独特的优势。该模型在动标学习过程中要求信息量小，试验成本低，是一种非常值得在工程中推广应用的新型动载荷识别方法。     

两类载荷识别方程解的存在及唯一性

本文对载荷识别方程解的存在及唯一性进行了讨论，特别对随机载荷谱矩阵方程，证明了具有唯一的最小范数最小二乘解。这对载荷识别技术的应用具有普遍意义。     

振动载荷识别的奇异值分解法

本文采用奇异值分解技术处理载荷识别方程组系数矩阵的病态问题,并将这一技术应用于某机平尾的地面振动载荷识别,得到了令人满意的结果,为该机平尾的飞行载荷识别提供了有关技术和经验。     

载荷识别的等效点动标定法

围绕飞机全动式平尾翼面抖振载荷的识别问题，提出一种用于识别未知作用位置的动载荷的方法——等效点动标定法。这种方法将结构在实际外载荷作用下的响应认为是在结构上某几个特定点处伪载荷作用的结果，将未知作用位置的动载荷转化为已知作用位置的动载荷进行识别，再依据作用等效原则将各伪载荷合成，达到识别外载荷的合力大小和作用位置的目的。验证试验结果表明：恰当地选取标定点，本文提出的等效点动标定法可有效地识别出作用于结构上的外载荷的合力大小和作用位置。     

负荷传感器试验的准静态加荷方法研究

通过对叠置加荷方式工作过程的分析，讨论了非静态加荷问题。由于传感器和仪表的静态性能与动态性能的差异、动态性能的离散性，以及测量过程中采样频率、采样间隔和数据处理等因素均会对试验的力值计量精度产生影响，因此采用非静态加荷方式进行负荷传感器负荷特性试验会产生测量误差。理论分析证明，采用非静态加荷方法提高试验工作效率、保证测量精度的关键在于加荷速度的控制和正确的采样与数据处理方法。本文提出了准静态加荷这一概念，并对准静态加荷方法的实现及其在负荷传感器试验中实施的可行性进行了理论和试验研究。结果表明，受技术条件的限制，动态加荷是不现实的，而准静态加荷确是可行的非静态加荷方法。它满足负荷传感器负荷特性试验中试验工作效率高、保证测量精度、容易实施和生产成本低的要求。     

负荷传感器试验的柔性加荷方法

通过对负荷传感器负荷特性检测实验中叠置加荷方式工作过程的力学分析，提出了柔性加荷的概念，指出准确的载荷控制取决于传感器加载系统结构刚度和施力装置能够实现的位移准确程度，给出了减小系统刚度的技术方法及设计计算公式，并通过试验验证了柔性加荷理论和技术方法的可行性与有效性。在负荷传感器的负荷特性试验中，采用该方法具有试验工作效率高、保证试验测量精度、容易实施和生产成本低的效果。     

模糊随机桁架结构在模糊随机激励下的动力响应

研究了模糊随机参数桁架结构在模糊随机荷载激励下的复合模糊随机振动动力响应的问题。同时考虑结构的物理参数、几何尺寸和外载荷幅值的模糊随机性,从Duham e l积分式出发,利用振型迭加法求出了结构动力响应模糊随机变量的表达式;再由随机函数的矩法推导出结构模糊随机动力响应的模糊数字特征。最后,通过算例考察了结构参数和作用荷载的模糊随机性对结构动力响应的影响,并用M on te C arlo数值法对算例进行模拟,验证了文中模型和分析方法是可行有效的。     

桅杆结构随机风振的离散分析法

风致振动是桅杆结构安全性的控制因素。由于这种结构存在频谱密集的动力特性,不适合采用振型迭加法进行分析。为此本文引入一种新的频域方法计算桅杆结构随机风振响应。基于随机振动的离散分析理论,推导出白噪声激励下结构动力响应的递推公式。经过对风荷载这种有色噪声进行白噪声滤波,桅杆结构的风致振动描述为白噪声激励下的随机振动。于是离散分析理论适用,推导出桅杆结构随机风振响应的递推公式。采用线性化模型时,该方法绝对收敛。计算结果表明,当桅杆结构处于正常使用状态时,采用离散分析理论可以得到满意的精度。     

随机参数梁在考虑热弹耦合下的动力响应分析

以随机参数梁为研究对象,分析其在温度载荷和力载荷共同作用并考虑热弹耦合关系时的动力响应。建立了热弹耦合动力学有限元模型,给出了在时间域内差分离散、相互交替迭代的耦合计算方法。利用随机因子法推导了结构温度场和动力响应的数字特征表达式,其中温度场的求解利用θ 时间积分法,动力响应则利用Newmark-β 积分法。在求出结构各时间步温度场和动力响应数字特征的基础上,应用耦合算法获得了整个时间域内的结构响应数字特征。通过悬臂梁算例分析了热弹耦合项对动力响应的影响,并考察了诸随机参数分散性对结构动力响应分散性的影响。     

基于元胞自动机微观模拟的随机车流与桥梁耦合振动数值研究

将经典车桥耦合振动理论与最新提出的多轴单元胞自动机(MSCA)微观车流荷载模拟方法进行融合,形成了一种精细化的随机车流与桥梁耦合振动数值分析方法。介绍了该研究所采用的车桥耦合振动理论及模型;提出了MSCA实现车桥动力分析的思路和方法,并进行了程序开发;通过具有实测时程动态挠度的工程算例,验证MSCA实现车桥耦合动力分析的准确性;将MSCA用于随机车流激励下某斜拉桥的动力效应分析中,论证基于MSCA的随机车流与桥梁耦合振动分析程序的可靠性。研究结果表明:工程算例很好地证明了该文所提方法和模型在进行车桥耦合分析的准确性,最大误差仅为11.6%;斜拉桥在随机车流作用下的静力与动力时程挠度分析显示,两者具有很好的一致性,随着路面粗糙度等级提升两者差异更加显著,说明了该模型和方法在开展随机车流与桥梁耦合振动分析的可靠性。该研究进一步拓展了MSCA在随机车流激励下分析桥梁各类动态响应的能力,为该方法程序在实桥监测与评估的应用提供了基础。     

A heuristic travel time model for random storage systems using closest open location load dispatching

A heuristic method is proposed for estimating travel times in unit load random storage systems where incoming loads are dispatched to the closest available storage positions. A queuing model representation is used where servers correspond to storage positions and the service rate is based on the turnover distribution of stored loads. The resultant state distribution is applied to approximate storage position occupancy probabilities useful for generating storage and retrieval travel time estimates. Computational results suggest that the heuristic procedure yields smaller errors in random storage travel time estimates than alternative models.     

A load reconstruction model for advanced grid-stiffened composite plates

This paper presents a practical method for load reconstruction on an advanced grid-stiffened (AGS) composite plate. With this method, separate AGS ribs are smeared onto a continuous unsymmetrical plate. A forward response approximate model is then built to describe the dynamic response of the plate. Numerical verification indicates that the proposed model can simulate the structure with reasonable accuracy and high computing speed. We also adopted an optimization technology to recover the load history and location. The load history is recovered with a smoothing/filter algorithm and the load location is estimated with a linear search for the lowest value of a defined figure of merit J, which measures the difference between the calculated response and the measured response. The feasibility of the reconstruction technology has been verified by numerical experiments in which good agreements were obtained. Since it calculates rapidly, it is possible to use the proposed method to develop an automatic system to monitor environmental conditions causing emergency in real time.     

Explosively generated pulse propagation through particles containing natural cracks

An experimental study is conducted to study dynamic load transfer through particulate assemblies containing a damaged particle. The assembly is simulated by a one-dimensional array of circular disks, and the damage itself by a natural, zero-width crack. This assembly is explosively loaded and the dynamic load transfer process observed using dynamic photoelasticity and strain gages, as the stress wave pulse propagates down the assembly. Attention is focussed on the influence of damage size and orientation on the group wave velocity, wave dispersion and peak contact load attenuation of the stress wave pulse. Damage growth occurring from the interaction of the stress wave pulse with the closed natural crack tip is also studied. The results demonstrate that the inclusion of a damaged particle greatly influences the load transfer process, both locally and in the far field. The degree to which the damaged particle modifies the load transfer process is more dependent upon the orientation of the natural crack than upon the size of the crack. Moreover, damage growth within the damaged particles is also a strong function of the orientation of the natural crack.