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.     

桥梁结构物理参数识别的双单元子结构法

为了解决大型桥梁结构局部区域的健康监测问题,提出了一种用于桥梁结构物理参数识别的双单元子结构法。该方法是一种基于有限元的时域系统识别方法,其一次仅能识别出两个相邻单元的物理参数。将桥梁结构划分为若干个单元,选取任意两相邻单元为研究对象,建立其状态方程和观测方程。应用广义卡尔曼滤波,可得到该两相邻单元的质量、刚度和阻尼等物理参数。以一座三跨连续梁桥为例进行仿真分析,识别出不同信噪比情况下其子结构的物理参数。结果表明参数识别精度高,收敛速度快,从而验证了方法的有效性。     

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。     

约束子结构损伤识别的时序方法研究与试验

针对大型复杂结构的整体监测常常面临测量信息不足等困难,提出只利用局部动态响应进行子结构损伤识别的约束子结构方法。约束子结构方法是通过子结构响应的卷积组合限制子结构边界的响应为零,来实现施加虚拟支座,从而将子结构分离出整体,然后利用构造的相应子结构内部响应,进行子结构损伤识别。该文利用先分段提取结构响应的子时间序列,再延时排列Toeplitz矩阵的方式,使基于不同响应的构造约束子结构的方程具有相同表达式,统一了约束子结构方法的基本思想。通过测量悬臂梁的局部动力响应,利用局部响应的时间序列实现了子结构的快速准确地分离和识别,验证了方法的实用性和有效性。     

基于局部主频率的子结构损伤识别研究与试验

针对大型复杂结构的整体监测常常面临测量信息不足等困难,提出只利用局部动态响应进行子结构损伤识别的局部主频率方法.子结构的局部主频率指：如果整体模态中含有以局部子结构位移为主的模态,即等价于在局部激励作用下,整体结构的振动主要体现为子结构的振动,并且主要以这阶局部模态振动为主,那么对应的该阶频率即定义为子结构的局部主频率.局部主频率主要反映子结构的局部特性,对子结构损伤的灵敏度高,所以只利用局部主频率就可以识别子结构.当子结构特征不明显时,提出通过附加质量使子结构具有局部主频率的有效方法.该文进行了大型空间桁架的局部动力测试试验,试验中通过附加质量使杆件子结构具有局部主频率,并能准确地识别出杆件损伤的位置和程度.     

基于子空间法与子结构法时变结构连接处的物理参数在线辨识

结构系统连接处的物理参数对于系统建模具有极其重要的影响,如何准确合理地辨识出结构系统连接处的物理参数一直是人们研究的热点,也一个存在相当大难度的问题。一般利用传统的子结构法进行参数辨识,还仅局限于针对非运动状态下系统结构连接处的物理参数识别问题。文中在传统子结构法的基础上,提出一种计算结构系统在运动状态下连接处时变物理参数在线辨识方法,这种方法分两步对系统进行辨识。首先利用子空间法实时辨识出时变结构系统的特征值与特征向量,然后利用辨识出的特征值与特征向量以子结构法为基础在线辨识出连接处的物理参数。通过改变子空间法的Hankel矩阵的分解方法提高计算速度。文中仅用响应数据形成子空间法的脉冲响应矩阵。通过仿真分析验证方法的有效性。     

模态－物理－阻抗三参数混合动态子结构综合法

本文从参数混合子结构综合的概念出发，提出了模态－物理－阻抗三参数混合动态子结构综合法的基本原理，并给出了分析实例。     

道路系统的物理参数识别

本文将机场道路面和公路路面系统抽象为弹性地基无限大板模型，采用解析方法得到了系统在多轮载荷作用下的解析解，在此基础上，将理论弯沉曲线和实测弯沉曲线相比较建立了目标函数，通过迭代方法建立了一种识别道路系统物理参数的新方法，最后通过实例计算了本文方法的可行性和可靠性。     

模态—物理—阻抗三参数混合动态子结构综合法

本从参数混合子结构综合的概念出发，提出了模态－物理－阻抗三参数混合动态子结构综合法的基本原理，并给出了分析实例。     

子结构界面连接刚度参数识别的一种直接方法

提出一种通过特征方程反问题识别子结构界面连接刚度参数的直接方法。新方法以动柔度矩阵特征方程为基础，建立通过界面位移求解界面内力的方程，由模态叠加法对可测自由度上不完全的振型拟合估计界面不可测自由度上的位移，适合于部分子结构不具备可测自由度的复杂组合结构。数值仿真算例和工程实例表明本方法具有良好的识别精度和数值稳定性。计算量和对计算机存贮量的要求也较小。     

基于系统响应自相关函数的振动参数识别

分析了线性系统全响应的组成,利用Prony多项式,提出了用于振动模态参数识别的自相关复指数法。数值仿真结果证明该方法有效。数值仿真还对初始激励、采样精度、采样频率等影响方法效果的参数的选择进行了讨论。     

基于改进EMD-ICA的结构模态参数识别研究

该文针对频带滤波改进经典经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)的模态分解能力不足时产生过多虚假模态的问题以及真正本征模函数(IntrinsicModeFunction,IMF)的判定问题,提出了将改进EMD与独立分量相结合的信号分析方法。该方法不需要人为预先设定阈值,能够自动分离出真正的IMF分量,消除改进EMD过程中产生的虚假模态,保障EMD分解信号的有效性。然后利用随机减量技术获得各IMFs的自由模态,最后利希尔伯特变换和最小二乘拟合技术相结合的方法来识别出结构的频率和阻尼比,并通过两个数值算例和一个七层钢框架的模态试验予以验证。研究结果表明：该方法可有效解决改进EMD的缺陷,并成功识别出结构的模态参数。     

粘弹性层状地基上板的动力响应及其参数识别方法

本文系统地研究了粘弹性层状地基上板的动力响应及其结构材料参数识别方法。在一次样条半解析法求解粘弹性地基动力柔度系数[1]的基础上,应用子结构法求解了粘弹性层状地基上板的动力响应。应用快速富利叶变换将落锤式弯沉仪(FWD)所记录的荷载和时程反应曲线转化为频域内的一系列稳态振动[2],[3]。进而利用系统识别技术在频率域内反演结构材料参数。数值分析结果表明,该方法能有效地识别结构参数,从而为进一步研究FWD在混凝土道面的无损检测和承载力评价提供了基础。     

结构损伤与荷载共同识别的研究

针对结构中同时存在未知损伤和荷载的情况,基于虚拟变形法(VDM)发展一种两者共同识别的时域方法。VDM方法利用虚拟变形模拟结构损伤,可快速计算模型改变后的响应。该文首先结合有限元理论把VDM方法拓展到具有多个单元变形的结构中;然后考虑结构存在未知荷载时,利用未损伤理论模型同时识别荷载和虚拟变形,继而由虚拟变形和单元实际变形的关系来识别判断损伤类型和识别损伤大小;最后通过一个悬臂梁的试验进行方法验证,试验中未知荷载和损伤(包括其类型和大小)均能够被有效识别,并利用提出的移动时间窗和荷载形函数方法实现损伤与荷载的在线识别。     

改进的子空间方法及其在时变结构参数辨识中的应用

本文给出了一种可用于时变结构参数辨识的子空间跟踪方法。子空间方法运用特征分析理论,通过矩阵分解来得到信号子空间。首先将要跟踪的矩阵变换为一种适合在线跟踪的格式,将新的数据信息组合成一个维数不变的矩阵,通过对该矩阵的奇异值分解来更新上一步的信号子空间。这样就避免了对一个不断增长的Hankle阵做奇异值分解,有效的缩减了计算量。将该方法用于机械臂系统,通过施加一个随时间变化的力来改变机械臂的固有频率。选择合适的遗忘因子以协调跟踪能力和辨识仿真结果证实了算法跟踪时变参数的能力。     

复合材料横向剪切弹性模量的识别与层间剪切强度的实验研究

本文提出一种测试复合材料横向剪切弹性模量的参数识别方法。该方法是将复合材料的横向剪切弹性模量视作横向剪应变的函数，由横向剪应变的测量值反演横向剪切弹性模量。剪应变与剪切弹性模量间的函数关系用有限单元法得到。文中给出了参数识别计算格式和一种玻璃布层压板的识别结果。同时，文中提出了用五点弯曲实验测试层间剪切强度的方法，给出了实验结果。     

地震动的扭转分量与结构的扭转地震作用

地震时建筑结构会受到扭转地震的影响,但目前结构设计时扭转地震作用尚不明确。为了确定结构的扭转地震作用,提出了一种简化的地震作用下基础扭转的计算方法,探讨了自由场地扭转、基础扭转以及两者的不同。研究表明：基础与视波长的尺寸效应和基础长宽比的尺寸效应造成了上述两者的区别。进而给出了便于建筑抗震设计的扭转地震作用的确定方法。     

基于遗传算法的非线性迟滞系统参数识别

研究了非线性迟滞系统的参数识别问题。在识别过程中,将非线性迟滞系统的记忆复力用双折线模型来描述,并由此模型写出非线性迟滞系统的参数识别方程。利用相干函数,把关于模型参数非线性的参数识别方程转化线性参数识别前提下的非线性函数优化问题。     

索的动刚度与模态参数识别

索的动刚度描述动态过程索的荷载与变形的关系,是索本身固有特性的描述。从考虑垂度影响的索的动刚度解析解出发,提出了适用索模态参数是不相应的简化解。试验得到了索的频响函数,采用最小二乘拟合的方法,应用推导的索动刚度简化解,识别出了索的各阶频率和阻尼比。