結(jié)構(gòu)隨機(jī)載荷識(shí)別的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別技術(shù)是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一,有著廣泛的應(yīng)用前景.載荷識(shí)別與系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)、動(dòng)力特性修改等都屬于振動(dòng)的反問題.振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力特性及響應(yīng)分析的經(jīng)典理論已基本建立完善,并已經(jīng)在工程實(shí)際中起到了重要的作用,但是載荷識(shí)別問題的研究還遠(yuǎn)不夠成熟.振動(dòng)反問題與傳統(tǒng)的正問題分析方法不同,它主要采用試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法處理工程中的振動(dòng)問題,即根據(jù)已知系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和實(shí)測(cè)得到的系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)反求振動(dòng)系統(tǒng)所受動(dòng)態(tài)激勵(lì).相比之下,實(shí)驗(yàn)手段

2、顯得更為重要.該文將求解結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)功率譜的快速精確算法——虛擬激勵(lì)法作了逆向推廣,用確定性方式求解作用于比例或非比例阻尼結(jié)構(gòu)體系隨機(jī)載荷功率譜的識(shí)別問題(重點(diǎn)研究平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)問題).亦即,已知系統(tǒng)部分響應(yīng)的自譜與互譜,反求多點(diǎn)激勵(lì)間的自譜與互譜.所測(cè)量的響應(yīng)可以是位移、速度、加速度、應(yīng)變等多種類型的量,或它們之間的任意組合,因而響應(yīng)測(cè)點(diǎn)和類型可以有靈活多樣的選擇.為了更有效地進(jìn)行實(shí)際測(cè)量和識(shí)別,首先通過仿真計(jì)算研究了測(cè)點(diǎn)類型和數(shù)量的選

3、擇、結(jié)構(gòu)阻尼以及測(cè)量精度等對(duì)激勵(lì)譜識(shí)別效果的影響.結(jié)果表明,結(jié)合逆虛擬激勵(lì)法簡(jiǎn)潔、高效的特點(diǎn),在正式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前,先在計(jì)算機(jī)上用數(shù)值模擬的方法優(yōu)化選擇用于載荷識(shí)別的響應(yīng)類型和測(cè)點(diǎn)組合,以消除或減少載荷識(shí)別中頻率響應(yīng)矩陣的病態(tài),可以有效地提高荷載識(shí)別的精度.傳遞矩陣的病態(tài)始終是制約結(jié)構(gòu)荷載識(shí)別精度的一個(gè)至關(guān)重要的原因.歷來(lái)的解決辦法是花高價(jià)提高測(cè)量?jī)x器的精度,或發(fā)展對(duì)于病態(tài)方程的計(jì)算技術(shù).但依賴這樣的手段提高識(shí)別精度正變得越來(lái)越困難.該文

4、提出使用臨時(shí)性附加阻尼減小系統(tǒng)頻響函數(shù)矩陣的病態(tài),用較小的代價(jià)而顯著地改善了識(shí)別效果.隨機(jī)荷載識(shí)別的理論和實(shí)驗(yàn)研究都還十分稀少.該文在建立了理論方法(逆虛擬激勵(lì)法)的基礎(chǔ)上,更進(jìn)一步設(shè)計(jì)了有效的試驗(yàn)系統(tǒng),驗(yàn)證了該載荷識(shí)別方法的正確性和有效性.試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算機(jī)模擬的對(duì)照研究表明,用逆虛擬激勵(lì)法識(shí)別作用在線性時(shí)不變系統(tǒng)的平穩(wěn)隨機(jī)載荷譜,方法可靠、簡(jiǎn)單高效,識(shí)別精度可以滿足工程需要,抗噪聲干擾能力強(qiáng),有較好的實(shí)用價(jià)值和發(fā)展前景.隨時(shí)間變化的(

5、非平穩(wěn)的)確定性或隨機(jī)性荷載的識(shí)別是更為困難的問題.為此,該文將精細(xì)時(shí)程積分法也作了逆向推廣,提出了基于精細(xì)積分格式的非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力載荷時(shí)間歷程識(shí)別方法.精細(xì)逐步積分法是基于獨(dú)創(chuàng)的指數(shù)矩陣精細(xì)求解策略,實(shí)施結(jié)構(gòu)時(shí)程分析的一種新的分析方法.該算法給出了顯式無(wú)條件穩(wěn)定的積分格式,其積分時(shí)間步長(zhǎng)不受結(jié)構(gòu)自振特性的限制,只要在積分步長(zhǎng)內(nèi)外載是以確定性方式變化,就能得到相當(dāng)于計(jì)算機(jī)精度的精確解答.計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真研究表明,對(duì)于作用在結(jié)構(gòu)上的調(diào)制或非調(diào)制