基于子結(jié)構(gòu)分析的動(dòng)態(tài)載荷和模型參數(shù)復(fù)合反演研究.pdf

1、未知輸入信息和未知模型特征參量常常是共存的，然而在工程實(shí)際中，由于技術(shù)條件或經(jīng)濟(jì)條件的限制，結(jié)構(gòu)所受動(dòng)載荷往往難以直接測(cè)量，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的某些模型參量也不易獲取。因此，在輸入信息和結(jié)構(gòu)特征參量信息不完備的條件下，如何實(shí)現(xiàn)載荷和模型參數(shù)的識(shí)別是現(xiàn)代工程中的一個(gè)重要的問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，本文以子結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，提出了一種僅利用結(jié)構(gòu)上少數(shù)測(cè)點(diǎn)的輸出信息來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)載荷和模型參數(shù)的復(fù)合反演方法，主要研究工作如下:
　　 (1)研究了基

2、于子結(jié)構(gòu)界面力的復(fù)合反演方法。首先根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選取用于載荷識(shí)別的子結(jié)構(gòu)，建立子結(jié)構(gòu)有限元模型，子結(jié)構(gòu)之間的連接關(guān)系采用界面力等效。通過(guò)Green脈沖函數(shù)法建立動(dòng)態(tài)載荷的正問(wèn)題模型，在此基礎(chǔ)上，利用正則化方法實(shí)現(xiàn)載荷的穩(wěn)定識(shí)別。其次，建立整體結(jié)構(gòu)的有限元模型并施加已識(shí)別的動(dòng)態(tài)載荷，通過(guò)非線性最小二乘法建立未知模型參數(shù)的識(shí)別方程。在迭代過(guò)程中采用正則化方法求解識(shí)別方程。數(shù)值算例表明，在響應(yīng)存在測(cè)量噪聲的情況下，所述的復(fù)合反演方法能夠有效穩(wěn)

3、定地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)載荷和模型參數(shù)的復(fù)合反演。
　　 (2)研究了基于子結(jié)構(gòu)界面強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)和模態(tài)分析的復(fù)合反演方法。子結(jié)構(gòu)之間的連接關(guān)系采用界面位移、速度來(lái)等效，推導(dǎo)了子結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程。把子結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程投影到模態(tài)坐標(biāo)下，在模態(tài)坐標(biāo)系下對(duì)每個(gè)解耦方程的模態(tài)力進(jìn)行識(shí)別，再將模態(tài)力進(jìn)行組裝投影回物理坐標(biāo)。每個(gè)模態(tài)力的識(shí)別相當(dāng)于對(duì)單源載荷進(jìn)行識(shí)別，Green核函數(shù)矩陣維數(shù)小，矩陣的病態(tài)性減弱，并且基于界面強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)的子結(jié)構(gòu)建模方法拓展了算法的使用

4、范圍。
　　 (3)為了更好地實(shí)現(xiàn)復(fù)合反演的穩(wěn)定求解，提高計(jì)算效率，研究了基于形函數(shù)法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)載荷和模型參數(shù)的識(shí)別方法。首先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行子結(jié)構(gòu)劃分，建立載荷識(shí)別的子結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程。把載荷在時(shí)間域內(nèi)離散為一系列時(shí)間元，選取一類(lèi)基函數(shù)，通過(guò)最小二乘法構(gòu)造載荷的單元形函數(shù)，利用有限元計(jì)算求出各形函數(shù)的響應(yīng)，在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)組裝各形函數(shù)響應(yīng)得到整體形函數(shù)矩陣，建立載荷識(shí)別的正模型。此方法能在采樣周期較大時(shí)仍保證較好的識(shí)別精度，