基于区间B样条小波有限元的移动荷载识别

小波有限元以区间B样条小波尺度函数为插值函数构造小波有限元单元,并通过单元转换矩阵建立小波空间与物理空间各参数之间的关系.采用动态规划法与Tikhonov正则化法识别移动荷载,避免了直接处理反问题时的振荡与数值计算病态解等问题.算例采用所测得的部分离散点的动态响应数据为已知信息,验证了小波有限元的优越性及小波的多尺度特...     

简支梁桥与多跨连续梁桥上移动荷载的识别与参数分析

移动车辆荷载反复作用会导致桥梁疲劳损伤甚至破坏,移动荷载识别是桥梁健康监测的重要措施之一。采用样条函数逼近法对简支梁桥与多跨连续梁桥上的移动荷载进行识别和参数分析。基于模态叠加法和梁固有振动的精确解,建立了移动荷载作用下简支梁和连续梁的运动方程;利用样条最小二乘法逼近桥梁应变响应,由样条数值微分求得响应导数;再通过Tikhonov正则化方法结合奇异值分解技术得到了荷载识别的正则解。对一简支梁和一三跨连续梁进行了数值仿真,并对一些影响因素进行了参数分析。利用已有的试验数据验证了方法的可靠性。结果表明,样条函数逼近法能有效地识别简支梁与连续梁桥上的移动荷载,具有很强的实用性和抗噪性能;而且简支梁桥上的荷载识别精度和抗噪性能高于连续梁桥;利用Tikhonov正则化方法可得到荷载识别的稳定解,并有利于提高识别精度,降低对噪声的敏感性。     

基于小波有限元的移动荷载识别

小波有限元桥梁模型以区间B样条小波尺度函数为插值函数,构造了小波有限元梁单元,并通过单元转换矩阵建立了小波空间与物理空间各参数之间的关系;代表车载的移动力则投影到小波空间,从而建立基于小波的车桥系统相互作用模型。采用动态规划技术与T ikhonov正则化方法识别移动力,避免了直接处理反问题时的两端振荡与数值计算病态解等问题。仿真算例表明,与传统有限元模型相比,在相同条件下,小波有限元模型以较少的单元,在相似的识别时间内可获得相似的移动力识别精度。     

结构损伤与荷载的快速同步识别方法研究

本文仅以损伤因子为优化变量,提出一种结构损伤和荷载同步识别的方法。首先通过时域荷载识别的方法将未知荷载转化为损伤因子的函数,将近似荷载作用下的结构响应和实测响应的平方距离作为目标函数,从而降低了需要识别未知参数的数目;然后在目标函数的计算过程中,利用虚拟变形法（VDM）可进行结构快速重分析的思想,快速构造给定损伤因子下系统的脉冲响应,避免每步迭代重新集装系统矩阵,并通过荷载形函数方法进一步提高荷载识别的效率;最后利用二次多项式插值近似结构每个时刻的响应方法和推导对应目标函数的梯度表达式来提高优化搜索的速度。本文利用刚架模型进行数值模拟,准确识别了结构中柱子单元刚度损伤、附加质量以及梁上的未知移动荷载,并通过一个悬臂梁试验进一步验证所提出方法的准确性和可行性。     

基于形函数方法快速识别结构动态荷载的试验验证

在动态荷载识别中常常由于矩阵的病态性影响识别的精度,利用有限元理论中的形函数逼近荷载曲线,将识别离散的荷载历程转化为计算有限的形函数权重,从而显著改善反卷积法识别荷载中存在的采样时间长或采样频率高时数值求解困难的问题;并能改善反问题的病态性,提高对噪音的鲁棒性。一个连续梁的数值算例比较验证了该方法在5%的高斯噪声影响下能精确地识别未知荷载。悬臂梁试验中,通过实测的结构动态响应,在移动时间窗内利用荷载形函数方法可以实现激励的在线识别。     

考虑初始条件影响的移动荷载识别稀疏正则化方法

利用桥梁实测响应反演桥面移动荷载是桥梁工程的研究热点之一。但既有移动荷载正则化识别方法没有考虑未知初始条件的影响。针对此问题,基于稀疏正则化技术提出了一种新的移动荷载识别方法。首先分别采用冗余字典与模态空间描述移动荷载与初始条件,计算各个荷载与初始条件分量引起的响应,归一化构造用于表达响应的像字典。然后利用像字典对响应进行稀疏分解,其结果即可用于估算未知移动荷载。最后采用数值仿真算例评价所提方法的可行性与有效性,并通过实验室搭建的车-桥系统模型对新方法进行实验验证。研究结果表明:未知初始条件下,所提方法能有效地识别移动荷载。     

基于小波形函数的动态荷载识别方法

基于形函数和时域反卷积法的动态荷载识别方法能有效减少待求量数目和提高识别效率;为实现识别精度与效率之间的平衡,提出了一种基于多尺度小波形函数和时域反卷积的动态荷载识别方法。在时域内动态荷载进行离散化处理,并以小波尺度函数在时域单元内近似地逼近动态荷载,进一步组集所有时域单元小波形函数的动力响应,建立基于小波形函数的荷载-响应矩阵,识别结构动态荷载。通过提升小波尺度来提升荷载-响应矩阵尺度,提高动态荷载识别精度。采用悬臂梁和单层框架的数值算例验证了该方法的可行性。     

波谱单元法在空间桁架地震响应分析中的应用

摘 要：针对传统波谱单元法（SEM）只能用于求解节点集中荷载作用下结构动力响应问题的不足,提出了一种通过计算地震等效波谱节点荷载求解桁架结构地震响应的方法。基于虚功原理,利用波谱形函数积分得到地震等效波谱节点荷载的显式表达式,通过修改波谱单元法中单元刚度矩阵的波数,考虑了阻尼对结构动力特征的影响,采用数值拉普拉斯（Laplace）变换替换快速傅立叶（FFT）变换,回避了传统波谱单元法中FFT的周期性问题。利用地震荷载等效后的波谱节点荷载对三维空间桁架结构进行地震响应分析,结果表明,采用本文的方法能方便的计算桁架结构的地震等效波谱节点荷载,精确求解结构的地震响应,与传统有限元法（FEM）相比,大大减少计算单元数量,提高计算精度,且便于编程计算。     

基于广义Morse小波和EWT的移动荷载下结构时变频率识别

提出了基于广义Morse小波和经验小波变换的移动荷载作用下结构时变频率识别方法。首先介绍了经验小波变换技术和广义Morse小波特性,采用经验小波变换对结构响应信号进行分解,对分解得到的不同经验模式成分采用广义Morse小波分析,提取信号小波脊线识别结构瞬时频率。用一个数值算例验证了方法的有效性和精度。随后设计了一个移动小车通过钢板梁的模型试验,采用该方法识别其时变频率并与有限元计算结果进行对比分析,进一步验证方法的效果。     

基于动响应约束的结构材料优化设计

针对于随机荷载作用下动响应为约束的结构材料优化问题,基于结构拓扑优化思想,提出了一种变动响应约束的结构材料优化方法。采用分式有理式和幂函数识别结构材料单元特性参数,以微观单元拓扑变量倒数为设计变量,导出了频率及振型对微观单元设计变量的一阶导数,进而得到了随机荷载作用下结构均方响应的一阶近似展开式。结合变约束限的思想,建立了以结构质量作为目标函数,均方响应作为约束条件的连续体微结构拓扑优化近似模型,并采用对偶方法进行求解。对典型结构进行了考虑单个和多个动响应约束的结构材料优化设计,优化所得结果验证了该方法的有效性和可行性。     

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.     

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。     

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。     

由状态变量识别板梁桥上移动荷载

将板梁桥等效为正交异性板,车辆等效为等间距常速度在正交异性板上移动的一组荷载。根据弹性板理论、HALMITON'S原理和模态叠加原理,得到了系统状态方程,并基于规则化技巧推导了状态空间移动荷载识别方法。数值模拟和试验结果表明,该方法用挠度或应变识别车辆的轴重和轮载都是有效、可行的。     

基于影响线的桥梁移动荷载识别

以桥梁不同截面动应变响应为对象,进行移动荷载识别研究。通过寻找应变曲线峰值点识别车辆行驶速度、轴数、轴距,并采用影响线拟合动应变响应的思路识别车辆各轴轴重。结合车-桥耦合振动模拟计算,对桥梁移动荷载识别问题进行数值仿真分析。     

移动荷载作用下三塔悬索桥的强迫振动研究

针对泰州大桥开展结构动力特性计算,分析了不同移动速度以及不同移动荷载大小对于三塔两跨悬索桥结构动力响应的影响。结果表明,三塔两跨悬索桥的一阶竖弯振动基频约为0.08 Hz,远低于载重汽车的固有频率,不会形成共振条件。简单的移动荷载作用下三塔两跨连续支承悬索桥的内力、位移响应与同等静力荷载作用效果比较接近。移动荷载的质量越大、速度越大,结构的内力、位移响应就越大,并与车重呈近似正比例关系。结构内力、位移的荷载放大系数不随移动荷载质量的大小而改变。     

桥上列车移动荷载参数自动识别系统试验

提出了一种用于列车移动荷载参数自动识别的系统,并制作了等截面简支钢梁和试验列车模型进行试验研究。利用基于图像处理技术的桥梁动态位移采集系统,获取模型桥梁测点位置的动态位移响应,同时利用自行设计的列车模型参数采集系统获取列车模型的移动速度、轮轴个数和轴间距,最后采用桥梁列车多轴移动荷载识别系统识别出列车轴重荷载值。通过对不同移动速度、不同测点个数下列车参数识别效果的分析,验证了本文所述列车移动荷载参数自动识别系统的可行性和准确性,为今后荷载识别系统的实际应用做好准备。