基于统计能量法的高频集中载荷识别的理论与试验研究

提出了基于统计能量分析理论的结构高频载荷识别方法,根据载荷位置是否确定以及子系统响应的完备性,讨论了3种情况下多子系统受载结构的输入功率识别方法,导出了识别的一般理论公式。给出了常值与线性假设条件下,由子系统输入功率到载荷功率谱的反演理论方法。对一个三板串联耦合系统进行了统计能量分析建模与集中载荷识别试验研究。结果表明,采用文中的载荷识别方法,在3种情况下均能够较好地识别出多个受激子系统的载荷输入功率,基于常值假设下反演得到的载荷功率谱能够较好地描述实测功率谱的变化趋势。     

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。     

复杂耦合动力系统振动响应的统计估计方法研究

复杂耦合动力系统是一种常见的工程力学系统,分析了复杂耦合动力系统振动响应的统计估计问题.首先通过动态系统的统计能量分析(SEA)方程,应用扰动法推导随机系统的能量平衡方程,进而推导复杂耦合系统响应的统计估计公式.在分析复杂耦合系统的响应统计估计时,重点分析各种形式激励对系统响应统计估计的影响以及载荷参数的确定方法.分析表明,相互独立的载荷作用是相关载荷作用时的一种特殊情况,它们可以应用统一的计算公式来表达.根据建立的响应统计估计方法,设计了相应的试验件,验证其正确性,试验结果表明,应用该推导得到的理论公式,系统响应的相对偏差能有效的减小,得到的能量平均值能够与试验值较好地吻合.     

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。     

冲击载荷作用下金属圆柱壳能量吸收研究

对Singace叠缩模型进行了修正,选用Johnson-Cook本构方程,研究冲击载荷的应变强化效应、应变率强化效应和温度效应下圆柱壳的吸能情况,利用分步叠缩的方法计算得到金属圆柱壳在冲击载荷作用下所吸收的能量值、温度的增加值和瞬时载荷-位移曲线,分析了圆柱壳的半径和厚度以及叠缩速度和能量吸收之间的关系     

应力波作用下岩石声发射实验研究

在霍普金森（SHPB）冲击系统上进行了应力波作用下岩石声发射实验,获得了该加载条件下岩石破裂的声发射规律。实验结果表明,应力波下,声发射峰值能量之前所出现的声发射信号相当匮乏;而且其能量规律呈现出两种明显不同的特征：I型,声发射峰值能量之后,能量迅速衰减,到了加载的末期,能量出现了一定的回升,产生了“拐点”;II型,声发射峰值能量之后,能量衰减相对I型较慢,且不出现“拐点”。研究结果表明,声发射的能量特征与岩石破碎的程度密切相关;冲击载荷作用下岩石的声发射不仅仅是裂纹信息的反映,其中也包含了对应力波信号的反映。     

一种基于遗传算法的高频载荷识别方法

针对结构在高频载荷作用下模态密集,分析求解比较复杂的特点,提出一种基于遗传算法进行高频载荷识别的方法。运用统计能量法建立了高频载荷识别正模型并进行响应的求解。通过遗传算法反复调用统计能量模型,迭代运算实现高频载荷的反演。数值算例结果表明该方法收敛较快,反求精度高,可以用于高频载荷的快速准确识别。     

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。     

典型地震动作用下长周期单自由度体系地震反应分析

通过单自由度体系典型地震反应分析探讨长周期结构的类共振及瞬态效应问题。远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动是导致长周期结构发生类共振的两类长周期地震动,而目前对此两类地震动特性以及地震反应的对比分析尚不多见。首先,通过卓越频率与能量时间分布系数对比分析,研究了长周期地震动能量时频分布特性,结果表明：两类长周期地震动的能量均集中在较低频段,且远场类谐和地震动的能量集中频段略低于近断层脉冲型地震动;近断层脉冲型地震动与普通地震动的能量在时域内分布较远场类谐和地震动集中。然后,进行了弹性反应谱对比分析,结果表明：在长周期段,远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动的加速度反应、速度反应、位移反应和输入能量均大于普通地震动,且速度反应、位移反应与输入能量的放大程度明显高于加速度反应;远场类谐和地震动的各反应明显大于近断层脉冲型地震动,且衰减更为缓慢。最后,提出瞬态效应的概念,并进行了实际地震动作用下的瞬态效应分析,结果表明：瞬态效应是地震动高频成分的固有属性,但不足以引起长周期结构的瞬态位移破坏。建议在对长周期结构进行抗震设计时,需要重点考虑两类长周期地震动引起的类共振问题,而不需要考虑瞬态效应。     

冲击载荷下的齿轮动应力变化规律数值分析

基于虚拟制造方法建立了滚剃工艺的精确圆柱直齿轮三维几何模型,并进行线外啮合冲击动态仿真分析,得到了可靠的齿轮动应力变化规律。仿真结果表明：冲击加载时,不同工况下齿根两侧最大动应力的出现位置呈对称分布;冲击载荷下,齿根最大应力大于ISO标准静强度理论值,最大应力位置比ISO标准确定的最危险截面位置偏高;冲击载荷峰值相同时,冲击时间越短,产生的动应力越大。     

Distributed dynamic load identification based on shape function method and polynomial selection technique

A new approach based on shape function method of moving least square fitting (SFM_MLSF) and polynomial selection technique is proposed in this paper for distributed dynamic load identification. The distributed dynamic load is represented as a product of spatial distribution function and time history, and the two parts are assumed to be independent. The modal transformation of structural dynamic equation throws light on the fact that all modal loads share the same form with the distributed dynamic load in time domain. As the structural modal parameters are known, the time history of dynamic load can be precisely identified through SFM_MLSF method which approximates the local dynamic load with shape functions in the moving supporting time domain. Then, the spatial distribution function of the load is substituted as a series of basic functions, and the identification of distribution function is transformed into a linear fitting problem. Through polynomial selection technique based on error reduction ratio, the significant components are picked out from the basis function responses, which greatly improves stability and precision of the load distribution function. During the inverse analyses of both the time history and distribution function, appropriate regularization methods are still applied to overcome the unavoidable ill-conditioned problem. Numerical examples demonstrate the validity and accuracy of the proposed method.     

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。     

基于小波变换的轨道电路UM71信号解调实现

分析了UM71信号的时域波形和频谱特点以及小波变换在时域和频域具有良好的局部化特性.针对UM71信号的信息特征,提出了基于小波分析技术、利用小波脊线对UM71信号进行解调进而提取UM71信号信息特征的方法,给出了小波算法解调过程,通过计算机仿真,证明了此方法的有效性.该方法克服了傅立叶变换频谱分析方法缺乏时间和频率定位功能的缺点,可以得到UM71信号的瞬时幅度、瞬时频率及上下边频等特征,从而为UM71信号的分析和解调提出了一个新的方案.     

Time‐resolved identification of mechanical loadings on plates using the virtual fields method and deflectometry measurements

This paper describes an approach for identifying the magnitude and location of both stationary and transient mechanical loadings applied to a thin rectangular simply supported plate. Full‐field deflectometry measurements and the virtual fields method are used with the local equilibrium equation of the plate in the time domain to solve the force reconstruction problem, whereas previous work by the authors used this last equation in the frequency domain. As a result, it is possible to reconstruct load time history in addition to magnitude and location. Experimental results of this complete identification are presented for two different instrumented mechanical exciters: electrodynamic shaker and impact hammer for stationary and transient excitations, respectively. The approach is then applied to determine the location and time of multiple unknown transient excitations produced by a set of impacting metal marbles.     

复杂结构耦合系统的高频载荷识别

基于统计能量分析方法,研究一个三板耦合系统的载荷识别问题。首先采用稳态功率流输入方法,并考虑子结构间的间接耦合特性,确定各子结构的内损耗因子和耦合损耗因子,完成耦合系统的理论与试验建模。根据所获得的系统功率流平衡方程对集中载荷进行识别研究。实验结果表明,在考虑的频率范围内,载荷输入功率的识别值与测量值具有非常好的一致性。本文的工作为结构中高频载荷的识别提供一些理论参考。     

动态载荷时域识别的联合去噪修正和正则化预优迭代方法

系统响应可表示为单位脉冲响应函数与激励载荷的卷积,将其离散化一组线性方程组,则载荷识别问题即转化为求解线性方程组的反问题。针对响应中带有噪音时载荷识别的困难,提出了联合奇异熵去噪修正和正则化预优的共轭梯度迭代识别方法。一方面对含噪信号进行基于奇异熵的去噪处理,提高反问题求解中输入数据的精度。另一方面利用正则化方法对共轭梯度迭代算法进行预优,改善反问题的非适定性。由于从输入的响应数据去噪和正则化算法两方面同时改善动态载荷识别反问题的求解,因此可以有效地抑制噪声,提高识别精度。通过数值算例分析,表明在不同的噪声水平干扰下,其识别精度均优于常规的正则化方法,能够实现有效稳定地识别动态载荷。最后通过实验研究进一步验证了该方法的正确性和有效性。     

含损伤板的动载荷识别精度研究

为了深入研究动载荷识别问题,改善识别精度受测点信息和传感器布置数目限制的影响。首先采用逆问题正分析的方法,在时域正演法识别的理论基础上,研究结构损伤对载荷识别结果的影响,然后分析讨论测点位置、采样时间间隔对识别精度的影响。结果表明,在板结构有损伤的情况下,该方法能有效地识别出非损伤处的载荷且计算效率较高,但对于损伤处载荷的识别精度较低。另外,通过优化传感器的布置以及选择合适的采样时间间隔,可较大程度提高识别精度,为载荷识别的准确性提供参考。     

一种基于最优输出跟踪的多源动态载荷识别方法

基于最优输出跟踪的基本思想,提出了一种时域内多源动态载荷识别的方法。该方法从结构动力响应出发,设计一个最优输出跟踪器并构造性能指标,将载荷识别问题转变为最优输出跟踪问题。通过Adams法求解微分方程,实现了多源动态载荷的识别,并采用L曲线法确定了性能指标中的关键参数。数值算例表明,所述的载荷识别方法能够在响应数据含有噪声的情况下,有效稳定地实现多源动态载荷的重构,具有较强的抗噪能力。     

基于灵敏度分析的结构动态载荷识别研究

对结构动态载荷反演问题进行深入研究,提出了一种基于灵敏度分析法的结构动态载荷识别时域分析技术。将结构输入动态载荷表示为一系列参数的形式,通过灵敏度迭代分析来确定相应的载荷参数,从而确定结构的动态输入载荷。在灵敏度迭代求解过程中,为减少响应测量噪声引起的影响,引入正则化求解技术来寻求满足工程要求的稳定近似解。最后提出的方法成功应用于正弦级数迭加形式的输入载荷识别,仿真结果表明灵敏度分析法在载荷识别中是有效的。