基于卡尔曼滤波的时变水声信道估计

为了能同时利用时变水声信道的簇状稀疏特性和时间相关性,构造了一种时变水声信道模型,并基于该模型对传统的卡尔曼滤波压缩感知算法进行改进。该方法主要利用前一时刻估计的信道状态响应来确定当前时刻信道的候选支撑集,并以此构造时变水声信道的状态转移方程。通过卡尔曼滤波迭代的方法计算候选支撑集上的系数,最后通过阈值法滤除误差原子。仿真结果表明：该方法能有效地利用水声信道间的时间相关性来提高信道估计的性能,同时由于水声信道存在簇状稀疏特性,因此经该方法也具有一定的鲁棒性。     

轴向时变冲击载荷作用下直杆弹性动力屈曲研究

基于应力波理论,用半解析半数值方法对轴向时变冲击载荷作用下的直杆进行研究,给出了一种利用压应力波前附加约束条件求解轴向时变载荷作用下直杆弹性动力屈曲问题的方法。以三角脉冲载荷作用下的直杆为例,对其临界屈曲长度、初始屈曲模态和动力特征参数进行了求解,探讨了脉冲载荷峰值和载荷持续时间对临界屈曲长度和屈曲模态的影响。总结了三角脉冲载荷作用下直杆弹性动力屈曲的规律,并与阶跃载荷作用下的情况进行对比分析,结果与之前文献研究结果吻合良好。     

食品中大肠菌群平板计数法不确定度的评定

采用GB4789．3-2010《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》第二法大肠菌群平板计数法进行检验,建立数学模型,对测量不确定度的来源进行分析,建立了简明的食品中大肠菌群平板计数法检测结果的不确定度评定方法,实验室的扩展不确定度为0．050,适用于食品中大肠菌群平板计数法检验的不确定度评定。     

钢质天线结构风振疲劳寿命估算方法比较研究

根据一屋顶钢质天线结构气弹模型风洞试验结果,计算了疲劳分析关键点处的应力响应功率谱;基于疲劳累积损伤理论在频域上用等效窄带法对钢天线进行寿命估算;同时,根据关键点处的应力响应功率谱,用Monte Carlo方法模拟了应力时程响应,并用雨流法对应力时程响应进行计数,用Goodman法则考虑平均应力的影响后得到应力范围出现的概率,然后拟合了应力范围的概率密度函数,对天线进行寿命估计.结果表明,采用两种方法估算的结构风致疲劳寿命相近;平均风对结构的疲劳寿命影响很小.     

基于功率流的瞬态响应分析及能量波的可视化研究

以钢球和钢块的碰撞作为模型,基于有限元的功率流理论研究了碰撞的瞬态响应。对瞬态响应实现了钢球和钢块碰撞功率流云图及矢量图的可视化,并绘制出了碰撞瞬态响应的时间历程功率流云图及功率流矢量图,从而快速而准确地获得结构体能量在传递过程中任一时刻的大小和方向;提出了弹性体内部能量波的概念,并通过与经典的应力波分析比较说明:基于能量波的功率流云图比应力云图更明显的显示出碰撞过程中的无旋波和等容波,即能量波比应力波更能表现出结构内部的波动性。最后分析了钢球和钢块碰撞时的接触力及碰撞过程中的能量守恒。     

基于振动时域信号并行雨流处理的振动疲劳寿命预估

对振动时域信号进行雨流计数处理构建疲劳载荷谱是进行时域振动疲劳研究的关键.工程实际中的振动信号载荷历程普遍较长,时域样本规模较大,对此类时域信号进行传统雨流计数处理精度差、计算时间长,因此在传统雨流计数的基础上引入了并行雨流计数处理,适用于处理长时间历程的振动信号,特别是含低频信号的振动信号.构建信号的疲劳谱后再结合S-N曲线和损伤累积理论实现了时域振动疲劳寿命的计算.初始程序在Matlab平台上完成,通过执行文件转成Labview程序并编制操作页面,简化操作,实现结果可视化.以航空典型结构加筋板为例,对比疲劳试验结果,验证了所编程序计算的精确性.     

前后向时间序列模型联合估计的时变结构模态参数辨识

为提高时变结构模态参数辨识精度和抗噪声能力,提出一种前后向泛函向量时变自回归滑动平均（FS-VTARMA）时间序列模型联合估计的模态参数辨识方法。首先建立前后向FS-VTARMA模型联合估计的均方误差形式的费用函数,其次引入非平稳信号中前向模型和后向模型估计系数的近似共轭关系,再利用两步最小二乘法（2SLS）得到时变模型系数,最后把时变模型特征方程转换为广义特征值问题提取出模态参数。利用时变刚度系统非平稳振动信号验证该方法,结果表明：能有效地克服前向模型估计中模态参数一步延迟以及起始时刻无法准确获得,以及后向模型估计中模态参数一步超前以及终止时刻无法准确获得的缺点,具有更高的模态参数辨识精度和更强的抗噪声能力。     

基于多峰分布的大尺度变形翼机构时变可靠性分析

针对机构可靠性的工程问题,提出了一种基于多峰分布的时变可靠性分析方法（iTRPD）,并应用于大尺度变形翼机构的可靠性分析。首先,将变形翼结构模型离散为几个瞬时功能函数,并将其转换为独立正态变量。然后,计算出不同时刻的瞬间可靠度与各向量间的自相关系数矩阵,得到对应的概率密度函数。最后,根据协方差特性与各向量间的相关性,利用1次高维高斯积分将独立标准正态空间的时变可靠度简化为大尺度变形翼机构整体的时变可靠度。结果表明：iTRPD在分析大尺度变形翼时变可靠性时,与蒙特卡洛仿真法（MCS）的相对误差仅为-2.842%,比常规方法TRPD好;对功能函数调用次数为415,远小于MCS的1×109次;对高维高斯积分的调用,常规时变可靠性方法为35次,iTRPD仅为1次。可见,iTRPD对涉及多模态分布的时变可靠性分析具有较高的计算精度和计算效率。     

热声激励下金属薄壁结构的随机疲劳寿命估算

金属薄壁结构在热声载荷作用下会发生复杂的大挠度非线性响应,结构内部快速变化的复杂应力严重降低了结构的疲劳寿命。在结构热声激振非线性响应分析基础上,采用雨流循环计数法对应力响应时间历程进行疲劳循环计数,通过Morrow TFS,SWT平均应力模型将疲劳循环进行零均值等效处理,结合Miner线性损伤累积理论,计算结构的热声疲劳寿命。以2024-T3型铝合金薄板为研究对象,计算得到了屈曲前后四种温度条件有限带宽高斯白噪声载荷作用下的非线性动态响应,并估算了疲劳寿命。分析结果表明,屈曲前结构的疲劳寿命随着温度升高下降,屈曲后结构持续跳变时的疲劳寿命持续下降直至最低,结构进入间歇跳变区域后疲劳寿命上升,结构热声疲劳寿命与非线性响应特征具有特定的对应关系。     

时变AR模型的一种定阶方法

自回归（AR）模型的定阶对其分析结果的准确性、效率和可靠性具有重要影响。对时变AR模型的定阶问题进行了深入研究,提出了一种基于采样频率以及分析频率之比的定阶方法。对一质量随时间变化的悬臂梁进行了有限元建模,运用计算所得到的振动响应建立了梁的时变AR模型,利用所提方法进行了该模型的定阶,采用递推最小二乘法对梁的模态频率进行了估计。对一质量时变的悬臂梁进行了试验,对采集的振动响应信号建立了时变AR模型并识别了其振动模态频率。模拟计算和试验结果都表明,提出的时变AR模型定阶方法是有效且可行的,且识别算法具有一定的抗噪性。     

考虑氯离子侵蚀的高墩桥梁时变地震易损性分析

以一高墩大跨连续刚构桥为例,基于OpenSees 程序建立其非线性分析模型。考虑氯离子侵蚀引起的钢筋直径和屈服强度退化,根据截面非线性分析结果探讨了氯离子侵蚀效应对高墩抗震能力的影响。通过单条地震波的非线性时程地震响应,定性地研究了氯离子侵蚀效应对桥梁地震需求的影响。然后输入15 条地震波进行多次增量动力分析,采用对构件能力需求比(Demand/Capacity)进行对数回归分析的方法形成了桥梁的时变地震易损性曲线,对高墩桥梁的时变抗震性能进行评估。分析结果表明:氯离子侵蚀效应会导致高墩屈服弯矩下降,而延性能力略有提高;考虑纵筋锈蚀以后,高墩的位移需求和曲率需求则会显著增加;在桥梁全寿命设计基准期内,结构在不同损伤状态的地震易损性随桥梁服役时间增加而增大。     

特大跨缆索桥钢箱梁疲劳应力特性对比性研究

疲劳应力监测是特大跨缆索桥结构健康监测和安全评估的关键环节。研究发现,对于结构健康监测系统采集的海量应变数据,局部时段不能反映出应变的整体特性,且交通载荷和环境载荷在不同类型的大跨缆索桥如斜拉桥和悬索桥结构中产生的响应是不同的。为了对桥梁的实际运营状态和应力水平有总体而全面的认识,需要对采集数据进行统计分析。本文以润扬悬索桥和斜拉桥钢箱梁应变时程数据为基础,分析了半年内两桥疲劳应力谱的特征;拟合了各自的疲劳损伤增量的概率密度函数。研究表明：对半年样本容量的参数估计显示,润扬悬索桥和斜拉桥的相对累积损伤均不拒绝对数正态分布,且前者均值均高于后者。在相同的环境和车辆载荷下,由车辆和变温载荷所引起的总疲劳损伤增量,悬索桥高于斜拉桥,且前者为后者的两倍以上。考虑了噪声影响的应变时程比去除噪声后的应变时程所造成的损伤增量高出一倍。而耦合了引起材料热胀冷缩的温度变形的影响,其应变时程造成的累积损伤增量比不考虑其影响所造成的损伤增量高出30%。因此,需要严格控制随机干扰和温度变形的影响,将真实的动态应变信息加以提取后才能进行大跨缆索桥的疲劳状态评估。     

基于加速度响应连续小波变换的线性时变结构瞬时频率识别

推导了函数积分运算的连续小波变换计算方法。借助此法,假设线性时变结构的质量系数为时不变常数,或者其随时间变化的规律已被经验掌握,仅利用线性时变结构自由振动的加速度响应信号,就可以计算出速度响应和位移响应信号的连续小波变换值。将一小段时刻点的线性代数方程组构造成最小二乘问题,求解最小二乘解识别出结构的时变阻尼和时变刚度,从而确定时变结构的瞬时频率。通过对5层剪切梁楼房模型和3自由度密集模态时变结构瞬时频率的识别,验证了识别方法的正确性、有效性和抗噪声能力.     

岸桥起重机随机风振疲劳可靠性分析

基于时域方法研究岸桥起重机的风振疲劳可靠性问题。采用谐波叠加法给出了符合Davenport风速谱的多维脉动风速时间历程,基于Bernoulli方程得到相应的风压时间历程,并将相应的风压荷载作用于有限元模型,采用雨流计数法处理结构关键点的应力响应。基于疲劳失效的Basquin方程、Miner线性累积损伤准则和Goodman平均应力修正方程导出疲劳累积损伤的概率模型。考虑平均风速的概率分布,提出了基于概率累积损伤机制的风振疲劳可靠度和可靠性寿命计算方法,为岸桥起重机的风振疲劳可靠性分析作了一些有益的探索和研究。     

基于ANSYS平台的高速列车-轨道-桥梁时变系统地震响应分析

以ANSYS为平台,引入虚拟节点建立轮-轨耦合时变单元,并结合UPFs开发特点在通用有限元软件中形成了,适用于地震响应分析的高速列车-轨道-桥梁时变系统模型。所提出的方法中,通过设置质点-弹簧-阻尼器模拟轨道与桥梁的相互作用,以刚体动力学方法模拟其余列车子系统,并利用有限元法模拟轨道-桥梁耦合子系统,进而基于几何相容条件和相互作用力平衡模拟了列车-轨道-桥梁时变系统的动态耦合关系,以地震加速度时程作为该系统的输入激励,通过大质量法施加于轨道-桥梁子系统中。最后,通过数值算例及实际工程应用验证了该时变系统的可靠性和良好的适用性,同时可以看出,结合通用有限元软件丰富的结构单元模型及非线性分析能力,该时变系统模型具有解决大型复杂的实际工程问题的潜力。     

线性时变系统的状态空间模型递推辨识研究

针对线性时变系统中状态空间模型的辨识问题,本文提出了一种新的模型参数矩阵的递推辨识格式。不同于常用的利用奇异值分解(SVD)或者最小二乘原理计算时变状态空间模型参数的方法,这种新的递推方法基于信号子空间投影原理,通过重新建立输入输出数据之间的关系,构建新的信号子空间矩阵,从而递推得到系统的时变状态空间模型参数。与现有的计算时变状态空间模型的方法相比,这种新的递推方法由于不需要进行SVD的计算,从而大幅的减少了计算时间。特别是当系统的阶次较高时,计算效率优势更为明显。在算例中将这种方法与经典的使用SVD的时变ERA(TV-ERA)方法从辨识结果和计算效率上进行了比较。仿真结果表明这种新的递推算法能有效辨识状态空间方程形式的线性时变系统的模型参数,和TV-ERA方法相比具有更高的计算效率。     

基于改进时变自回归模型的滚动轴承故障诊断

针对现有的时变自回归(Time-Varying Autoregressive, TVAR)模型应用于滚动轴承故障诊断中的问题,提出了一种前向估计与后向估计相结合的改进模型。该模型在引入时变遗忘因子的基础上,定义了前后向联合估计的均方误差并对基函数的加权系数求偏导,得到了加权系数的计算公式,然后利用递推最小二乘(Recursive Least Squares, RLS)方法推导了该计算公式的递推形式。针对滚动轴承内圈故障的仿真和实验信号,使用改进前后的模型进行时频分析。仿真和实验结果表明,改进后的模型有效地克服了现有模型无法获得初始时刻频率估计的缺点,具有更高的时频估计精度,更强的抗噪声能力,能够更加有效地提取滚动轴承的故障特征频率。     

结构振动台模型模态参数识别新方法研究

提出了一种结构振动台模型模态参数识别方法,利用结构模型试验过程中地震反应记录,识别结构模型模态参数。首先判断结构模型在地震动激励下发生的是非时变反应还是时变反应,当结构模型发生非时变反应时,采用整个反应记录数据识别模型参数;当结构模型发生时变反应时,则识别模型进入和退出时变反应的时刻点,将整个记录时程分为3段,采用模型退出时变反应后第三段数据识别参数。该方法可以识别试验中每一次地震动输入之后的结构模态参数,得到整个试验过程中结构模型动力特性变化情况。利用所提方法识别了一座12层钢筋混凝土框架结构模型模态参数,并将识别结果和白噪声输入下模态分析结果进行了对比,验证了方法的实用性、可靠性和准确性。结果发现:结构模型自振频率在整个试验过程中呈阶梯状下降,模型发生破坏后,频率降低,阻尼比增加,传递函数幅值随着输入地震动峰值增加而降低。     

基于小波变换的非平稳脉动风时变功率谱估计方法研究

为揭示非平稳随机脉动风的时频特性,基于小波变换原理推导了时变功率谱的时间、频率和幅值与小波变换系数的关系,建立了非平稳随机脉动风时变功率谱估计的小波函数加权和法,并采用模拟非平稳脉动风和实测台风过程对理论推导结果进行了验证。研究结果表明:非平稳随机过程在某一时刻的不同尺度小波变换系数是一个以此非平稳随机过程的调制函数与小波函数的乘积为调制函数的非平稳随机过程的傅里叶变换,非平稳随机过程的时变功率谱等于不同尺度和不同时移的小波函数模平方的加权和,小波函数加权和法计算的非平稳随机脉动风的时变功率谱与理论结果具有良好的一致性。小波函数加权和法可有效地估计非平稳随机脉动风的时变功率谱,估计的时变功率谱可为进一步理解强(台)风的随机脉动特性奠定基础。     

结构时变可靠度计算的全随机过程模型

为了对既有结构的可靠性进行正确评估,必须考虑时间变化的影响,对目前可靠度分析中采用的只考虑荷载随时间变化的半随机过程模型进行改进。基于结构抗力和作用效应相互独立的基本假设,充分依据作用效应和抗力的时变特性,考虑结构抗力为独立增量过程,并计算了抗力的自相关系数,得到了计算结构失效概率的近似算法,建立了结构时变可靠度计算的全随机过程模型。通过实例验证,该方法简单易行,便于工程应用,为基于时变可靠度理论的既有结构评估和寿命预测提供理论依据。