不同壓力下軸壓柱的動力學(xué)建模與邊界識別研究.pdf

1、重大土木工程結(jié)構(gòu)的可靠性對社會、經(jīng)濟(jì)有重要的影響，正確評定結(jié)構(gòu)的實際性態(tài)，是結(jié)構(gòu)可靠工作的基本前提。對于工程結(jié)構(gòu)，容易實現(xiàn)量測的是結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)。利用結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)識別出的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)或物理參數(shù)，進(jìn)而可以建立結(jié)構(gòu)模型，評價結(jié)構(gòu)性能。本文首先利用基于峰頻帶通信號希爾伯特-黃變換(HilbertHuang Transform，簡稱HHT)的模態(tài)參數(shù)識別方法辨識出了兩端彈性轉(zhuǎn)動約束軸壓柱的前三階固有頻率;然后通過解析法和有限元法建立了柱的動力學(xué)方

2、程，并利用試驗?zāi)B(tài)分析得出的固有頻率確定了柱的邊界轉(zhuǎn)動剛度及其隨壓力變化而變化規(guī)律。具體的研究工作如下:
　　(1)對基于HHT的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別理論進(jìn)行了深入的研究，提出了基于峰頻帶通信號HHT的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別方法，并在MATLAB平臺編制了相應(yīng)的計算分析程序。首先利用傅里葉變換得到信號的自功率譜，以確定結(jié)構(gòu)固有頻率的大致分布區(qū)間;然后采用巴特沃斯帶通濾波器對信號進(jìn)行濾波處理，得到包含各峰值頻率在內(nèi)的帶通響應(yīng)信號;最后對帶通信

3、號進(jìn)行HHT以識別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)。
　　(2)在試驗室環(huán)境下，對一根兩端彈性轉(zhuǎn)動約束軸壓工字鋼柱進(jìn)行了試驗?zāi)B(tài)分析。利用錘擊脈沖法測得三個點(diǎn)的加速度響應(yīng)信號，運(yùn)用本文提出的基于峰頻帶通信號HHT的模態(tài)參數(shù)識別方法，識別了試驗柱的前三階固有頻率。試驗結(jié)果表明，本文采用的峰頻帶通濾波技術(shù)和去端點(diǎn)法較好地解決了HHT的模態(tài)混疊現(xiàn)象和端點(diǎn)效應(yīng)，提高了算法的可靠性和模態(tài)參數(shù)識別的精度。
　　(3)從能量原理出發(fā)，推導(dǎo)出了兩端彈性轉(zhuǎn)動約束

4、軸壓柱橫向振動的頻率方程，并從該方程演化得到了兩種極限邊界（簡支和固定）下柱的頻率方程。根據(jù)得到的頻率方程繪制了在不同壓力下的頻率系數(shù)β和轉(zhuǎn)動剛度系數(shù)η的β-η曲線圖，研究了邊界條件，軸向壓力，剪切變形以及轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)對固有頻率的影響，得到了一些相關(guān)規(guī)律。詳細(xì)地闡述了如何利用柱的固有頻率來確定其邊界條件的理論，并利用這一理論對試驗柱的邊界條件進(jìn)行了識別與驗證，取得了較好的效果。
　　(4)建立了兩種極限邊界（簡支和固定）和彈性轉(zhuǎn)