一种识别复杂连接结构刚度参数的实用方法

以某型航天器太阳电池阵的试验数据为基础，对电池阵的连接铰链副刚度参数进行了识别，推导出一套识别复杂连接结构的实用方法。通过连接子结构动柔度矩阵特征方程，建立了以界面节点内力和界面节点位移为未知数的动平衡方程，然后通过子结构上的可测自由度振型来计算连接界面节点力和节点位移，最后求解动平衡方程得到连接铰链副的刚度参数。文中还讨论了不同类型单元组合的问题，通过计算结果与试验结果对比，表明本文所提出的方法应用于识别复杂连接结构的刚度参数是正确的，有效高的辨识精度和良好的工程应用价值。     

太阳电池阵板间铰链副刚度参数辨识

以真实铰链副连接的有机玻璃帆板模型试验模态参数为基础 ,采用特征方程反问题的直接方法辩识铰链副的刚度参数。首先通过模态叠加法由可测自由度上的不完全试验振型拟合估计包括界面位移和转角在内的不可测自由度上的振型。然后以单板子结构的动柔度矩阵特征方程为基础。通过界面振型求解界面内力 ,并由铰链副连接元刚度矩阵建立平衡方程求解铰链副的刚度参数。工程应用实例表明良好的辨识精度和工程使用价值     

利用部分加速度测量的结构滞回特性免模型识别

结构非线性恢复力与位移的关系即滞回特性是强动力荷载作用下结构损伤发生发展过程的直接表征,可直接用于结构耗能的定量评估。该文提出一种仅部分自由度受到激励且只有部分自由度上加速度响应测量已知时结构非线性恢复力和质量识别方法。无需结构恢复力参数化模型,利用切比雪夫多项式来描述非线性恢复力,结合无迹卡尔曼滤波算法（Unscented Kalman Filter, UKF）,在结构刚度、阻尼、质量未知情况下,实现非线性恢复力和结构质量识别。在一个多自由度数值模型中引入磁流变阻尼器模拟非线性构件,通过数值模拟验证该方法的识别效果。结果表明,该方法在仅部分自由度受激励且仅部分自由度上加速度响应时程已知时,可对结构非线性恢复力和质量进行有效识别。该方法对工程结构在强动力荷载作用下损伤发展过程的识别及耗能的定量评估具有重要意义。     

求解弹性地基上任意支承输液直管稳定性问题的传递矩阵法

研究弹性地基上输液管的稳定性。首先推导出该类管的控制方程。借助初参数法的思路,建立管两端位移、内力向量间的关系。由传递矩阵法得到中间有任意弹性支承输液管的特征方程,解此方程就可求得管的临界流速。由于特征方程为二阶矩阵方程,数值算例表明本文方法计算量小、精度高。通过计算还得到了地基刚性系数对临界流速的影响规律。     

利用部分加速度测量的多自由度结构质量及滞回力识别

在强动力荷载作用下结构滞回力可直接描述损伤的发生发展过程，并用于结构耗能的定量评估。提出一种仅利用结构部分自由度上加速度响应时程且结构刚度、阻尼、质量均未知时的结构质量识别迭代和滞回力识别方法。首先基于质量预估值利用扩展卡尔曼滤波方法预测结构的位移和速度响应以及未知加速度响应，利用二重切比雪夫多项式对质量进行更新并迭代直到收敛，最后基于收敛的质量识别值描述结构滞回性能，识别结构滞回力。在一个多自由度集中质量数值模型中引入磁流变阻尼器模拟非线性构件，在结构仅已知部分自由度上加速度响应时程的条件下，数值模拟结果发现结构质量分布和阻尼器的滞回阻尼力均有良好的识别结果，同时考察了测量噪声的影响。     

基于频率响应和统计理论的结构损伤识别研究

为了解决测量噪声下的损伤定位和定量识别问题,提出了基于测量位移的两阶段识别方法和基于统计理论的损伤敏感度分析方法。首先利用损伤刚度的改变特性和测量位移来确定损伤指标,再通过损伤指标的相关自由度变化来确定损伤单元,然后利用自由度缩聚的方法推导出损伤程度的定量计算公式。并利用统计理论来分析噪声对识别结果的影响,推导出损伤指标和损伤程度的噪声敏感性计算公式。数值仿真结果表明,基于测量位移的两阶段损伤识别方法不仅可以精确的识别出损伤位置和程度,而且识别效果受测量噪声的影响较小,该方法明显优于直接广义逆法。     

基于固定界面子结构模态的频响函数精确综合法

提出基于固定界面子结构模态的双协调结构频响函数精确综合方法。首先用固定界面子结构的中高阶模态与精确剩余约束模态表达子结构频域位移;再利用界面力与位移的协调关系进一步消去界面自由度,建立双协调的精确缩聚变换;然后根据里兹法,得到结构精确综合的频域运动方程与频响函数;最后通过数值结果验证该方法的综合能力与准确性。     

基于修正样条函数分析滑移边界矩形板的自由振动

提出了一种分析滑移边界各向同性和正交各向异性矩形板振动特性的数值方法一双向样条离散法。该方法适用于各种可能组合边界矩形板的自由振动分析；边界包括自由、简支、固定和滑移边界。在x和y方向，板被离散成N和M个等分区间。为适应任意边界，修改N＋3和M＋3维硝样条函数向量的最前和最后三个函数，得到x方向N＋1个点、y方向M＋1个点和x-y方向两个附加点的修正的邱样条函数向量，并以此作为板的位移试函数。在给定边界下，修正的B3样条函数向量对位移、位移的一阶导数和二阶导数都仅保留一个未知系数。基于矩形板的势能泛函导出其特征方程。与有限元法和样条有限条法相比，本文方法具有自由度少、计算效率高和输入数据少等优点。数值计算结果表明，本方法具有高的计算精度。     

利用子结构模态的结构随机响应精确综合

提出基于固定界面子结构模态的结构随机响应精确综合方法。首先用固定界面子结构的中阶模态与精确剩余约束模态表达子结构频域位移;再利用界面力与位移的协调关系进一步消去界面自由度,建立双协调的精确缩聚变换;然后根据里兹法,得到结构精确综合的广义频响函数;并由此独立地计算各子结构的功率谱密度,进一步得到其均方值等响应统计;最后通过数值结果验证该方法的综合能力与准确性。     

基于UKF的结构动荷载识别方法与试验验证

结构荷载识别是结构动力系统反问题研究的一个重要方面,而实际工程结构动力荷载的有效识别对结构设计、维护和加固具有重要的指导意义。利用基于UKF算法的两种荷载识别方法,即基于荷载时程正交分解的间接荷载识别法和直接荷载识别法,对一单自由度滞回非线性剪切模型进行数值仿真模拟,验证了直接荷载识别法应用于单自由度非线性模型荷载识别的合理性和有效性。对抗震实验室振动台进行空台加载,通过无线传感器测量振动台台面动力响应,利用UKF算法识别地震模拟振动台的刚度和阻尼参数。在已识别参数的基础上,采用直接荷载识别法对外部激励进行识别,并针对出现漂移现象的识别结果提出了位移-加速度联合观测值和噪声水平自适应评估两种直接扩展状态量的荷载识别方法,改善了识别过程的收敛性。     

A general laminated plate theory accounting for continuity of displacements and transverse shear stresses at material interfaces

A general two-dimensional theory, suitable for the static and/or the dynamic analysis of transverse shear deformable laminated plates, is presented. This displacement-based theory is capable of satisfying continuity of both displacements and transverse shear stresses at the plate material interfaces. The derivation of its governing differential equations is based on the application of Hamilton's principle in conjunction with the method of Lagrange multipliers. Moreover, this new theory is capable of accounting for unlimited multiple choices of continuous displacement distributions, through the plate thickness, while, starting with the smallest possible number of independent displacement components (five, for a shear deformation theory), it is capable of further operating with as many degrees of freedom as desired. With such a double-infinite freedom, it is concluded that for the analysis of the particular laminated plate considered one may start with the solution of the governing equations of the 5-degrees-of-freedom theory derived for relatively simple choices of through-the-thickness displacement distributions. Then, either increasing the number of the degrees of freedom or reforming, suitably, the aforementioned displacement distributions, one may iteratively improve the efficiency of the theory until a sufficient degree of accuracy is achieved for the results obtained.     

基于不完备实测模态数据的结构损伤识别方法研究

在传统的基于模型修正的损伤识别中,由于实测模态信息有限而待识别参数过多,往往导致损伤识别方程出现较大误差,从而限制了该方法在复杂结构中的应用。为解决这一问题,对结构的自由度进行了分解,将损伤结构中模态振型的未测量部分表达为已测量到的模态振型、模态频率以及结构其它参数的函数。将损伤视为结构单元刚度的减小,利用完好结构的计算模态数据以及损伤结构扩充后的实测模态数据,建立了结构的损伤识别方程。运用信赖域优化算法对具有双重约束条件的目标函数进行最小化,识别出了结构各单元的刚度损伤参数。通过两个损伤识别数值仿真算例及实验验证,结果表明,在测点数量有限及测试噪声等不利因素影响下,所提方法只需运用少量的实测模态信息,即可实现结构损伤位置及程度的准确识别,同时算法具有较好的鲁棒性。     

考虑界面转角自由度的频域子结构法研究

采用Jetmundsen频域子结构法,针对空间刚架结构的综合进行了数值仿真,研究了界面自由度的完整性对于综合结果的影响,讨论了一种间接获取转角自由度相关频响函数信息的方法.仿真结果显示,频域子结构综合法能够有效地预报结构的动力学性能,而通过引入间接获取的转角自由度的频响信息能在一定程度上改善预报质量.     

A conforming finite element with internal equilibrium for two-dimensional problems

A method is presented for the derivation of displacement fields which satisfy compatibility of normal slopes at inter-element boundaries and the condition of internal equilibrium. The displacement field is obtained by integrating the governing partial differential equation over the element, using the initial value approach. The method is applied to calculate the stiffness matrix of a triangular bending element with nine degrees of freedom. Comparison with published solutions based on various element models shows a high degree of accuracy and convergence of the method. The advantage of internal equilibrium is illustrated by an example involving slab-column interaction. The solution correlates satisfactorily with existing experimental results.     

应用时频分析方法辨识时变系统的模态参数

应用Gabor展开及Hilbert变换进行时变线性系统模态参数的辨识。利用非平稳信号的Gabor变换将结构响应信号表示在时频面上，并通过Gabor展开重构分离模态分量，建立每一阶模态的时变线性模型。对单模态时变线性模型应用Hilbert变换来辨识随时间变化的模态频率和阻尼。通过对刚度和阻尼慢变的两自由度系统模态参数的仿真辨识验证辨识方法的有效性。仿真结果表明：本文方法为时变线性系统的模态参数辨识提供了一条新的途径。     

动载荷时域半解析识别方法

基于模态空间转换、离散数据最小二乘拟合与模态叠加原理,提出一种动载荷时域半解析识别方法。通过模态空间转化将动载荷识别问题转化为模态坐标函数识别问题,以结构特性参数与已知自由度上的动响应为输入,利用最小二乘拟合得到模态坐标的拟合函数,根据叠加原理与结构动力学控制方程,识别出结构时域动载荷。分别用计算仿真与试验测试得到的时域加速度响应作为输入,实现时域动载荷的识别。识别结果与真实动载荷对比表明,本文的识别方法能较准确地识别结构动载荷值及载荷作用部位。     

设备-结构-土体系振动台实时子结构试验方法探讨

该文探讨了设备-结构-土体系振动台实时子结构试验方法的可行性,将设备-结构体系作为由振动台加载控制的试验子结构,同时将自由度缩减后的土体作为由仿真软件计算的数值子结构,试验时两者之间进行数据实时交互。首先基于分支模态子结构方法推导了设备-结构-线性土体系运动方程,并对各体系运动方程进行了变换,将其应用于设备-结构-线性土体系振动台实时子结构试验。然后结合土体在强震作用下并非全部进入非线性阶段的特点,提出采用局部非线性土模型作为数值子结构参与振动台实时子结构试验的思路,并应用分支模态子结构法与线性-非线性混合约束模态子结构法推导了设备-结构-局部非线性土体系的运动方程。设计了设备-结构-土相互作用缩尺模型,进行了各地震动作用下的设备-结构-线性土体系振动台实时子结构试验。通过比较振动台实时子结构试验结果与数值计算结果,发现两者之间吻合良好,证明该试验方法是可靠有效的。     

An assumed-stress hybrid 4-node shell element with drilling degrees of freedom

An assumed-stress hybrid/mixed 4-node quadrilateral shell element is introduced that alleviates most of the deficiencies associated with such elements. The formulation of the element is based on the assumed-stress hybrid/mixed method using the Hellinger-Reissner variational principle. The membrane part of the element has 12 degrees of freedom including rotational or ‘drilling’ degrees of freedom at the nodes. The bending part of the element also has 12 degrees of freedom. The bending part of the element uses the Reissner-Mindlin plate theory which takes into account the transverse shear contributions. The element formulation is derived from an 8-node isoparametric element by expressing the midside displacement degrees of freedom in terms of displacement and rotational degrees of freedom at corner nodes. The element passes the patch test, is nearly insensitive to mesh distortion, does not ‘lock’, possesses the desirable invariance properties, has no hidden spurious modes, and for the majority of test cases used in this paper produces more accurate results than the other elements employed herein for comparison.     

基于结点位移插值的约束子结构界面自由度缩减方法

基于结点位移插值原理,建立了约束模态子结构界面自由度的缩减方法,形成了约束子结构模态综合法的二次坐标变换矩阵.通过第二次坐标变换可有效地缩减计算系统的广义自由度,提高计算效率.算例表明,这种缩减方法是合理有效的.该文还讨论了插值基点的选择方式对计算精度的影响,计算结果表明,当选择的插值基点在界面上均匀分布时,计算精度最好.最后,对比了插值域的形状对计算精度的影响,计算结果表明,矩形插值域的计算精度要好于三角形插值域.