针对柔性转子系统的电磁轴承支承刚度阻尼参数识别

为了用传统转子动力学的理论和方法分析支承在电磁轴承上的转子系统动力特性,电磁轴承支承的等效刚度和等效阻尼是必须获知的重要参数。已有研究提出的电磁轴承等效刚度和等效阻尼的识别方法大多都是建立在单自由度模型或刚性转子模型上的。针对支承在电磁轴承上的柔性转子系统,提出了其等效刚度和等效阻尼参数的识别方法。首先,设计了静态力和动态力两种自由度凝聚方法,把柔性转子有限元模型凝聚到所需要的自由度,减少了模型中未知数的数量,并提取凝聚后转子模型中的激励与响应关系;然后建立电磁轴承激励和加配重激励两种情况下的电磁轴承等效刚度和等效阻尼的识别方程;最后,通过一个电磁轴承-柔性转子系统算例验证了识别方法的有效性。算例分析了由于柔性转子振动相位的变化和增加识别方程主自由度数量对识别精度和效果的影响。     

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。     

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。     

基于实测时间序列的非线性系统恢复力识别

提出一种完全基于激励和结构响应实测数据的结构动力系统非线性恢复力识别方法,并通过在一个4层钢结构模型中引入具有非线性特性的磁流变阻尼器(MR)模拟非线性恢复力,基于此模型结构在不同的激励方式下的动力响应测量数据,验证了该方法的有效性。对于结构的各自由度均受到激励的情况,运用最小二乘拟合算法识别出等效线性系统的物理参数(质量、刚度和阻尼矩阵),进而得到模型结构振动过程中MR阻尼力随时间变化情况并与实验实测结果进行了比较。针对结构仅在有限自由度上受到激励的情况,对以上方法进行了改进,提出了一种非线性系统恢复力的非参数化识别方法,利用结构中弹性恢复力的对称关系,分步确定了结构各层间恢复力模型,从而得到MR恢复力的大小并与实测结果进行了比较。结果表明,基于时域实测信号的非线性系统恢复力识别法在完整激励和非完整激励下均能有效地识别结构的非线性恢复力特性。文章所述方法可以运用于工程结构在动力荷载作用下的损伤发生发展过程的监测与识别。     

考虑桥路面粗糙度的移动体参数识别

基于虚拟变形(VDM)方法中移动动态影响矩阵的概念,利用双自由度质量-弹簧阻尼模型模拟移动车辆,系统推导和阐述了车-桥耦合系统中粗糙路面上移动体参数的识别方法。以移动体参数的修正因子为优化变量,通过最小化桥体结构实测响应和计算响应的平方距离进行识别,识别精度高,对噪声鲁棒性强,且较少的传感器就能识别多个移动体参数。利用移动动态影响矩阵,每步优化中无需时时重构系统参数矩阵,计算效率高。利用一个三跨连续梁模型验证该方法的有效性,在5%的噪声影响下,利用一个传感器可以准确地识别多个移动体参数和移动荷载。此外,通过比较平坦路面与粗糙路面上的移动体参数的识别方法和结果,结合车体参数的灵敏度分析,说明了路面粗糙度、移动体参数对结构响应的影响及不同情况下参数识别中优化变量的选取原则。     

基于切比雪夫多项式模型的多自由度结构非线性恢复力时域识别

结构非线性恢复力可直接描述其在动力荷载作用下损伤发生发展过程,传统的基于特征值抽取的结构识别方法严格来讲不适应于振动过程中出现损伤的情况。该文利用结构动力响应时程的切比雪夫多项式表示非线性恢复力,在结构质量等物理参数和恢复力模型未知时,提出利用最小二乘优化算法的多自由度结构在完整及非完整激励下非线性恢复力识别方法。对一个含磁流变阻尼器的多自由度数值模型和一个带磁流变阻尼器的四层框架结构的非线性恢复力进行了识别,在数值模拟中探讨了测量噪声对识别结果的影响,并与基于幂多项式模型的方法的结果进行了对比。结果表明,所提出的非线性恢复力识别方法能对结构的非线性恢复力进行有效识别,识别精度高,可用于工程结构在强动力荷载作用下的损伤发生发展过程的监测与识别,并对结构耗能进行定量评估。     

基于推广卡尔曼滤波算法的结构模型的参数识别

近年来,在结构工程领域中出现了许多参数识别技术,并将这些技术用于结构损伤程度的评价。但是目前多数结构识别方法都是模态参数识别。本文是基于推广卡尔曼滤波的算法,从结构模型的输入激励信号和输出的响应信号中,直接识别结构模型的物理参数。同时针对结构系统的特点,提出解耦的结构参数识别算法,大大降低了参数估计的计算量。在文中给出两个结构模型的几次振动台在地震波输入下识别的结果,并根据所识别的参数对结构模型破坏程度进行评阶,结果表明该方法对结构参数估计是一种有效的方法。     

结构恢复力非参数化模型识别的改进容积卡尔曼滤波方法

对地震等强动力荷载作用过程中结构损伤的发生发展过程进行识别,必须考虑结构行为的非线性。本文运用相对位移和相对速度的幂级数多项式表征结构恢复力模型,提出一种基于改进的容积卡尔曼滤波算法（Updated Cubature Kalman Filter, UCKF）和结构部分自由度上加速度响应时程的结构参数、未知响应及恢复力非参数化模型识别方法。以一个含磁流变阻尼器的多自由度数值模型为例,考虑20%的加速度响应测量噪声影响,识别出模型的结构参数、未知响应及阻尼力。并将本文方法所得结果分别与基于扩展卡尔曼滤波算法、传统容积卡尔曼滤波算法及含记忆衰退的扩展卡尔曼滤波算法所得结果进行比较。对一个带磁流变阻尼器的四层剪切型框架模型进行激振试验,基于部分自由度上的加速度响应时程实测值,识别出结构参数、未知动力响应以及阻尼器阻尼力的非参数化模型,通过与实测结果的比较,验证了本文方法的可行性。     

去噪正则化模型修正方法在桥梁损伤识别中的应用

以传统基于灵敏度分析的有限元模型修正方法为基础,提出一种结合小波去噪过程的正则化模型修正损伤识别方法.为改进模型修正方法损伤识别效果,一方面利用有损结构模态与模态噪声的波形在时频域内的差异,以结构有限元模型为基准,对实测模态差进行小波去噪处理,并利用修正后的模态构造目标函数;一方面采用正则化方法改善反问题求解的非适定性.由于从输入数据和求解过程两方面同时改善了结构损伤识别反问题的求解,因此可以有效抑制实测模态参数中噪声的影响,正确识别结构损伤.以连续梁桥模型为例的损伤识别数值模拟表明,所提出方法在保持识别算法鲁棒性、抑制噪声的同时,可有效提高桥梁结构损伤的识别精度.     

线性振动结构的识别

本文研究了具有复阻尼多自由度结构系统的识别问题。提出了一种基于复模态分析的识别方法，该方法通过构造各阶模态参数的灵敏度矩阵来形成海赛矩阵，将识别问题归结成一新变量（参数）集下的无约束优化问题。本方法具有物理力学意义明确，算法简捷，能自动实现模型定阶，收敛快，识别精度高且数据工作量小等特点。为了说明本方法的效果，一大型复杂结构的识别实例及比较结果在文中给出。本研究分线性和非线性两部分；非线性识别问题将在另一篇文中讨论。     

设置纵向大型液体粘滞阻尼器的大跨斜拉桥主梁纵向运动阻尼水平研究

大跨斜拉桥减震耗能的一种典型应用是塔梁间设置纵向大型液体粘滞阻尼器,其参数选取以有效率的限制地震荷载作用下的主梁纵向位移以及改善主要构件地震力为目标。大跨斜拉桥的一阶纵飘振型处于长周期,远离场地卓越周期,此时主梁纵向位移响应对阻尼水平的增加不敏感。此种设计思路很可能导致阻尼器设计参数过大,从而为主梁纵向运动提供过大的阻尼水平。基于现有研究,采用单自由度评价模型及相应的等效阻尼比为评价参数。以某大型斜拉桥为典型工程实例,以全桥模型有限元分析与单自由度评价模型地震反应分析对比验证评价模型的可靠性,并以等效阻尼比和主梁纵向自由振动揭示塔梁间设置大型FVD为主梁纵向运动提供了超高水平阻尼比的现象。此种应用突破了FVD常规应用中的附加阻尼比界限,也改变了主梁的动力边界条件。     

车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数分析

针对车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数的取值问题,以高速铁路40m简支梁桥、板式无砟轨道和高速列车为对象,采用桥梁动力分析程序BDAP V2.0分析了结构阻尼比和参考频率选取对耦合系统动力响应的影响规律,并基于Rayleigh阻尼模型的带通滤波特征提出了车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数的统一取值方法。结果表明：桥梁位移、加速度、脱轨系数和轮重减载率均随阻尼比的增大而减小,但车体加速度随阻尼比的增加变化却不大。当阻尼比ξ和参考频率ωi一定时,增大参考频率ωj相当于降低阻尼比ξ,车桥系统的动力响应随之增大。在车-轨-桥动力系统中,建议结构阻尼比ξ根据材料类型取较小值,参考频率ωi取结构基频ω1,ωj取轨道几何不平顺产生的最高激振频率ωf =最高车速/轨道几何不平顺最小波长。     

典型人字形桥梁模型试验研究与分析

为分析受力复杂的异形薄壁箱梁桥,在初等梁理论的基础上,通过增加自由度的方法,提出每个节点10个自由度的薄壁箱梁分析单元。同时从现有的人字形桥梁中抽象出一种典型的结构作为研究对象,根据相似理论建立有机玻璃模型,设置了多种支座形式及多种荷载工况下的试验测点。另外,分别建立初等空间梁格与板壳有限元模型,同时对模型的理论分析与实测结果进行比较。研究结果显示初等梁理论不能较好地反映人字形薄壁箱梁桥的受力行为,并指出板壳理论在结构整体分析时尚存在不足,验证了该文理论分析方法的正确性和简便性,为求解人字形桥梁复杂受力行为提供了一种有效的途径。     

有偏心桥梁断面气动导数识别的分段扩阶最小二乘迭代法

应用拉格朗日方程,建立了风洞中弹性悬挂的二自由度桥梁节段模型质心的竖向和扭转运动方程,所建立的数学模型考虑了无风时竖向阻尼力中心和弹性中心与质心的偏心。提出了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的分段扩阶最小二乘迭代算法(SEO-ILS法)。给出了无风时偏心节段模型物理参数及模态参数的识别方法,并用于无偏心平板模型和有偏心桥梁节段模型的气动导数识别。风洞试验表明,方法有效可行。     

基于BP神经网络的桥上移动荷载分阶段识别方法

移动荷载识别可作为桥梁损伤机理研究的基础,同时为交通规划提供可靠的车载信息。提出了一种基于BP神经网络的桥上移动荷载的分阶段识别新方法。建立了桥梁有限元模型和2自由度5参数车辆模型,模拟生成了神经网络训练样本。采用分阶段识别技术,分步识别了桥上车辆的位置、速度和荷载。在神经网络设计中,利用正交设计法选择训练样本集,采用正则化方法对误差性能函数进行修正,并采用遗传算法对初始权进行了优化。数值仿真了一简支梁桥的移动车辆荷载识别,并通过模型试验进行了验证。结果表明:所提出的方法能够在线、实时地识别桥上移动车辆荷载,识别精度高、收敛速度快,且具有较强的鲁棒性和抗噪能力。     

考虑SSI三种效应的桩基础RC梁式桥抗震性能评估方法研究

桩-土-桥动力相互作用是桥梁抗震研究的热点和难点问题,需合理考虑地基土柔度效应、运动学效应及阻尼效应的影响。本文采用基于性能点轨迹法的结构非线性静力分析方法,引入FEMA440针对土-结相互作用运动学效应、地基阻尼效应的地震动需求谱修正算法,探讨建立综合考虑桩-土相互作用三种效应的桩基础RC桥梁的抗震性能评估方法。以某高速公路RC连续梁桥为算例,分别以三种设计谱及相应的人工波为输入进行非线性静、动力方法验算对比,两个水准下的计算结果表明本文建议方法在补充考虑后两种效应后,地震响应略小于以考虑第一种效应为主的动力时程法,所建议方法能用于有效评估桩基础桥梁在预期地震需求下的抗震性能。     

应用MR阻尼器的连续梁桥地震损伤控制方法

基于地震作用下连续梁桥的损伤破坏机理,利用MR阻尼器控制元件,建立了基于桥墩广义水平刚度比的阻尼器出力方案,提出了连续梁桥的非线性地震损伤控制方法。对某一联三跨连续梁桥进行地震损伤控制研究,采用IDA(Increasing Dynamic Analysis)方法对控制前后桥梁结构进行损伤分析,结果表明所提出的控制方法可以有效降低桥梁损伤,并使桥墩损伤趋于均匀,显著提高桥梁的抗震性能;对采用不同控制方案和不同设计传递系数的桥梁进行地震损伤分析,结果表明半主动控制方案对墩梁残余位移和桥墩损伤的控制效果优于PON(Passive On)控制,并且设计传递系数对控制效果影响较大,需合理选用。     

波纹钢腹板组合箱梁应力相关阻尼特性研究

基于应力相关材料阻尼理论,选择波纹钢腹板组合箱梁这一新型钢、混组合桥梁结构,通过波纹钢板和钢筋混凝土的单位体积损耗因子,由能量法推导求得波纹钢腹板组合箱梁的损耗因子公式。结合有限元计算的各个单元的应力得到损耗因子,根据一个振动周期能量耗散相等原理,求得等效阻尼比,并将其与实测结果进行比较。分析结果表明：波纹钢腹板组合箱梁桥材料阻尼值不是一个固定值,它是随着应力水平的提高而增大。在自由振动和车辆荷载激励状态下,波纹钢腹板组合箱梁的等效阻尼比建议取为0.3%。提出的损耗因子公式和等效阻尼比的计算可为波纹钢腹板组合箱梁桥动力分析中阻尼的取值提供参考。     

多跨简支曲线轨道折线梁桥空间振动分析模型

提出了一种多跨简支曲线轨道折线梁桥的空间振动分析模型,采用20自由度的梁段单元,可方便考虑T型梁横向与竖向弯曲、自由扭转、约束扭转等变形,选取正交流动坐标,建立了曲线轨道折线梁桥的动力特性矩阵,特别适用于曲线轨道折线梁桥与列车的空间振动分析。在实例研究中,计算了提速列车通过32m曲线轨道折线梁桥时的空间振动响应,并检算该桥是否具有足够的刚度及良好的运营平稳性,可供有关部门参考。