基于动态响应灵敏度同步反演结构物理参数与输入的算法

提出一种基于动态响应灵敏度概念,仅利用结构少数测点上的动态响应同步反演结构物理参数和输入的方法。首先,将结构的输入力进行正交多项式分解,推导了结构动态响应对输入力的正交系数和结构物理参数的灵敏度计算公式;然后,构造结构参数与输入同步反演的识别方程,并采用阻尼最小二乘法求解方程,同时识别结构物理参数变化与输入力时程;最后,分别利用一个五层平面框架结构和一个九榀三维刚架结构验证了方法的有效性。研究结果表明,该方法可以克服测量噪声和初始模型误差的影响,同步精确地识别结构的输入力和局部损伤引起的结构物理参数变化。     

子结构物理参数识别与输入地震动的复合反演研究

利用结构的动力响应同时识别结构物理参数并反演输入过程的工作称为复合反演.本文研究一类基于子结构分析的地震动复合反演问题.通过结构动力矩阵的分解并结合作者提出的一种在输入信息未知的条件下识别结构物理参数的方法,提出了一类复合反演算法.算例分析表明了算法的实用性.     

有限测点下结构复合反演的混合法

回顾了近年来输入信息未知条件下结构识别的复合反演算法，并对输出信息测试不完备条件下的复合反演问题做了深入的研究。提出了时频域混合的复合反演算法。该算法首先在时域内利用子结构上的测试信息反演未知输入，然后在频域内依据反演得到的未知输入和有限测点上的响应信息构造目标函数来识别结构参数。该算法适用于具有多个未知输入的情况，与仅适用于单个未知输入条件下的复合反演算法相比，具有更广泛的应用价值。最后用一数值算例说明了本文算法的可行性。     

地震动反演及结构参数识别的EKF算法

讨论了信息不完备的情况下剪切型结构的参数识别问题,利用不完备的测量信息,在系统载荷未知的条件下,采用最小二乘方法反演得到地震动响应时程,用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法识别结构的动态物理参数,解决了扩展卡尔曼滤波算法需要输入的问题,取得了满意的参数识别结果。系统仿真算例表明,在引入20%的白噪声条件下,识别结果仍具有较高的计算精度,说明EKF算法用于剪切型结构参数识别时有较强的鲁棒性。     

结构中基底橡胶隔震支座非线性特性的无模型识别

基底隔震建筑结构的抗震性能高度依赖于橡胶支座隔震系统的非线性特性。本文提出一种基于数据的方法,能仅利用量测现役结构的部分加速度动力响应和作用在结构基底的激励, 在不需要橡胶支座隔震系统数学模型的情况下,识别出橡胶支座隔震系统的非线性特性。首先,在微弱基底激励作用下,基于扩展卡尔曼预测估计算法识别出结构的物理参数,包括橡胶支座的线性刚度和阻尼。然后, 在强基底激励作用下,将橡胶支座出现的非线性视为作用于结构的“附加未知虚拟外力”,通过依次对结构响应进行卡尔曼预测估计和对“附加未知虚拟外力”的最小二乘识别,可以识别橡胶支座的非线性力。数值算例结果表明, 提出的方法可以识别出橡胶支座的非线性特性,并具有良好的精度。     

输入未知条件下基于自适应广义卡尔曼滤波的结构损伤识别

发展一种输入未知条件下的自适应广义卡尔曼滤波(Adaptive Extended Kalman Filter with Unknown Inputs,AEKF-UI)方法,在线复合反演系统参数与未知输入,结合基于改进粒子群优化算法的自适应技术实现系统时变参数追踪,进而识别结构损伤,包括损伤发生的时间、位置和程度。建立基础隔震结构实验模型及理论模型,其中隔震层的非线性动力学特性通过Bouc-Wen模型描述。对基础隔震结构进行振动实验研究,采用刚度元件装置模拟时间、位置和程度不同的结构损伤,基于测得的加速度响应和AEKF-UI方法进行实时系统参数与未知输入的同步反演。研究结果表明:在两种典型地震波激励下,AEKF-UI方法得到的识别值与参考值相一致,验证了该方法在系统辨识中的有效性和准确性。     

基于振动响应时频分析的桅杆损伤识别方法

桅杆的模态参数和刚度对纤绳平衡张力、激励和环境条件比较敏感,导致目前比较有效的结构损伤识别方法和指标难以直接应用。为此,探索了基于测点振动响应时频分析而不依赖模态信息的桅杆结构损伤识别方法,提出利用结构测点振动响应的Wigner-Ville分布交叉项统计量WCS(WVD Cross-term Statistic),通过比较损伤前后统计量的相对变化量来进行损伤识别。算例分析结果表明,利用测点振动响应的损伤识别指标WCS相对变化量,除能识别杆身单个不同程度的损伤位置以及多个损伤外,还能分辩出纤绳的损伤特征。通过增大激励的幅值和增加测点的数量,可以提高识别的精度和指标的灵敏度;基于测点位移响应与基于测点加速度响应的损伤识别指标相比,具有更好的损伤识别效果。     

结构物理参数时域识别的子结构方法研究

研究了输入、输出信息皆不完备情况下的结构参数识别以及荷载反演问题。阐述了一种通用的子结构动力方程及其参数识别方程建立的基本原理和方法,并针对实际工程检测中子结构参数识别方程的输入特性,分别采用一种与之相适应的分解反演算法或统计平均算法。子结构技术与分解算法或统计平均算法的有效结合,为有限测点条件下的结构参数识别及荷载反演问题提供了一个较好的解决方案。大量的数值计算结果表明,本文提出的方法具有很好的参数识别精度及荷载反演效果。     

结构振动模型一类随激励频率变化的物理参数摄动迭代识别方法

本文研究了结构振动系统的一类随激励频率变化的未知物理参数的识别问题。提出了在一部分系统响应未知的条件下,系统此类未知物理参数的摄动迭代识别方法,及证明了方法的收敛性。并对具有随激励频率变化的未知油膜刚度的转子-支承系统模型进行了识别。识别结果表明,本文方法能很好地识别振动模型的这一类随激励频率变化的未知物理参数,且具有一定的识别精度。     

未知激励下的无迹卡尔曼滤波新方法

无迹卡尔曼滤波（UKF）是一种识别非线性系统的有效方法,然而传统的UKF方法需要观测外部激励,这限制了UKF的应用范围。迄今为止,国内外对未知激励情况下的UKF方法的研究还非常少。该文在传统UKF的基础上,推导出在未知激励情况下的无迹卡尔曼滤波（UKF-UI）方法的递推公式,通过对观测误差的最小化,利用非线性方程求解,识别未知外部激励,进而识别非线性结构系统状态与结构未知参数。进一步采用融合部分观测的加速度响应及位移响应,消除识别结果的漂移问题。分别通过白噪声和未知地震作用下识别非线性迟滞模型的两个数值算例,考虑观测噪声对非线性系统进行识别,从而验证提出新方法的有效性。结果表明,该文所提出的UKF-UI方法,能够在部分观测结构系统响应的情况下,有效地识别非线性结构参数和未知激励。     

The analyses of dynamic response and reliability of fuzzy-random truss under stationary stochastic excitation

A new two-factor method based on the probability and the fuzzy sets theory is used for the analyses of the dynamic response and reliability of fuzzy-random truss systems under the stationary stochastic excitation. Considering the fuzzy-randomness of the structural physical parameters and geometric dimensions simultaneously, the fuzzy-random correlation function matrix of structural displacement response in time domain and the fuzzy-random mean square values of structural dynamic response in frequency domain are developed by using the two-factor method, and the fuzzy numerical characteristics of dynamic responses are then derived. Based on numerical characteristics of structural fuzzy-random dynamic responses, the structural fuzzy-random dynamic reliability and its fuzzy numerical characteristic are obtained from the Poisson equation. The effects of the uncertainty of the structural parameters on structural dynamic response and reliability are illustrated via two engineering examples and some important conclusions are obtained.     

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。     

飞机液压管路支撑的2自由度动力学模型研究

针对飞机吊挂区域“机体结构-支撑组件-液压管路”机械振动系统中的支撑组件，在其承受动载荷作用时对其动刚度及加速度导纳进行有限元分析；基于经典隔振理论，将机体结构视为弹性体，考虑支撑组件质量、阻尼及刚度，建立以机体结构振动为激励源、液压管路为振动受体的管路支撑组件两自由度物理模型，采用四端参数法推导支撑组件的位移/力传递率，对位移传递率的影响因素进行分析。结果表明，影响支撑组件隔振性能的主要因素是刚度参数，其不仅影响位移传递率曲线的幅值，同时导致峰值产生频移；而支撑组件的质量参数和结构阻尼参数主要对曲线幅值存在不同程度的影响。分析及结论将对飞机液压管路系统的减振及提高系统性能和寿命具有一定参考价值。     

结构物理参数的分频段加权辨识

利用小波分析多分辨率分析原理,建立线性系统多尺度动力平衡方程。将外荷载和线性系统在荷载作用下的响应作正交小波变换,得到各频段的小波系数,由多尺度动力平衡方程建立系统的参数识别方程。在不同频段根据系统的信噪比大小确定不同的加权值,对结构物理参数进行加权最小二乘辨识。该方法能较大地提高结构物理参数的识别精度,并且识别精度随着小波分解层次的增加而增大。     

Approximate analysis of response variability of uncertain linear systems

A probabilistic methodology is presented for obtaining the variability and statistics of the dynamic response of multi-degree-of-freedom linear structures with uncertain properties. Complex mode analysis is employed and the variability of each contributing mode is analyzed separately. Low-order polynomial approximations are first used to express modal frequencies, damping ratios and participation factors with respect to the uncertain structural parameters. Each modal response is then expanded in a series of orthogonal polynomials in these parameters. Using the weighted residual method, a system of linear ordinary differential equations for the coefficients of each series expansion is derived. A procedure is then presented to calculate the variability and statistics of the uncertain response. The technique is extended to the stochastic excitation case for obtaining the variability of the response moments due to the variability of the system parameters. The methodology can treat a variety of probability distributions assumed for the structural parameters. Compared to existing analytical techniques, the proposed method drastically reduces the computational effort and computer storage required to solve for the response variability and statistics. The performance and accuracy of the method are illustrated by examples.     

风荷激励下天线结构的随机振动分析

研究随机天线结构的风激随机振动响应问题。考虑天线结构物理参数、几何尺寸和结构阻尼的随机性,在基于随机因子法对结构进行动力特性分析的基础上,从结构风激随机振动响应在频域上的表达式出发,利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了随机天线结构在风荷激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。以8米口径天线为例,分析了结构物理参数、几何尺寸和阻尼的随机性对天线结构风激位移响应均方值和应力响应均方值随机性的影响。     

Response analysis of stochastic parameter structures under non-stationary random excitation

 The stochastic orthogonal polynomial expansion method is extended with the pseudo-excitation method in this paper. This extension enables the stochastic orthogonal polynomial method to be readily used in the analysis of stochastic parameter structures under non-stationary random excitation. The probabilistic information of structural response, such as the power spectral density, standard deviation function, etc. can be obtained directly with this method. A dynamic condensation algorithm for order-expanded equation resulting from the orthogonal polynomial expansion method is also presented in this paper. The applicability of the proposed methodology is demonstrated by numerical examples. Received 21 July 2000     

用神经网络方法修正悬索桥动力模型

提出了一种基于神经网络的结构动力模型修正方法。讨论了该法实施过程中的若干具体技术问题 ,如网络学习算法、训练样本生成、结构修正参数确定、边界条件的模拟以及结构振型变化的有效表征等。最后对某悬索桥模型进行了动力模型修正 ,数值结果表明该法是实用可行的     

结构物理参数识别的多尺度参数卡尔曼滤波方法

经过正交小波变换后,低尺度上测量信号的信噪比提高。应用小波变换将结构的激励信号和响应信号分解到不同尺度上,得到不同尺度上结构的状态方程和测量方程,结合动力学系统辨识的参数卡尔曼滤波方法,提出了结构物理参数的多尺度参数卡尔曼滤波辨识方法。理论分析和数值算例表明:在多尺度上对结构参数进行辨识比在单一尺度上辨识能获得更高的精度。     

多变量AR建模方法在工作模态参数辨识中的应用

对于一些大型工程结构,有时很难甚至无法测量结构的输入信号,只能利用实测的响应数据进行工作模态识别.针对这一实际工程情况,首先利用工况下结构的响应数据作相关分析,继而对相关分析后得到的多组数据构造多变量自回归(AR)模型,依据逐步最小二乘法和准则函数优化思想确定模型阶次和估计模型参数,并由模型参数矩阵的特征值分解确定结构的工作模态参数,最后利用TH6350大型镗铣加工中心主轴系统进行试验验证,结果对比表明,这种方法不仅能够有效提取结构动态特性参数,而且还能提供有关激励和结构振型的信息.