結(jié)構(gòu)隨機載荷識別的理論和實驗研究.pdf

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

2、顯得更為重要.該文將求解結(jié)構(gòu)隨機響應(yīng)功率譜的快速精確算法——虛擬激勵法作了逆向推廣,用確定性方式求解作用于比例或非比例阻尼結(jié)構(gòu)體系隨機載荷功率譜的識別問題(重點研究平穩(wěn)隨機激勵問題).亦即,已知系統(tǒng)部分響應(yīng)的自譜與互譜,反求多點激勵間的自譜與互譜.所測量的響應(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)測點和類型可以有靈活多樣的選擇.為了更有效地進行實際測量和識別,首先通過仿真計算研究了測點類型和數(shù)量的選

3、擇、結(jié)構(gòu)阻尼以及測量精度等對激勵譜識別效果的影響.結(jié)果表明,結(jié)合逆虛擬激勵法簡潔、高效的特點,在正式進行實驗之前,先在計算機上用數(shù)值模擬的方法優(yōu)化選擇用于載荷識別的響應(yīng)類型和測點組合,以消除或減少載荷識別中頻率響應(yīng)矩陣的病態(tài),可以有效地提高荷載識別的精度.傳遞矩陣的病態(tài)始終是制約結(jié)構(gòu)荷載識別精度的一個至關(guān)重要的原因.歷來的解決辦法是花高價提高測量儀器的精度,或發(fā)展對于病態(tài)方程的計算技術(shù).但依賴這樣的手段提高識別精度正變得越來越困難.該文

4、提出使用臨時性附加阻尼減小系統(tǒng)頻響函數(shù)矩陣的病態(tài),用較小的代價而顯著地改善了識別效果.隨機荷載識別的理論和實驗研究都還十分稀少.該文在建立了理論方法(逆虛擬激勵法)的基礎(chǔ)上,更進一步設(shè)計了有效的試驗系統(tǒng),驗證了該載荷識別方法的正確性和有效性.試驗結(jié)果與計算機模擬的對照研究表明,用逆虛擬激勵法識別作用在線性時不變系統(tǒng)的平穩(wěn)隨機載荷譜,方法可靠、簡單高效,識別精度可以滿足工程需要,抗噪聲干擾能力強,有較好的實用價值和發(fā)展前景.隨時間變化的(

5、非平穩(wěn)的)確定性或隨機性荷載的識別是更為困難的問題.為此,該文將精細(xì)時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)動力載荷時間歷程識別方法.精細(xì)逐步積分法是基于獨創(chuàng)的指數(shù)矩陣精細(xì)求解策略,實施結(jié)構(gòu)時程分析的一種新的分析方法.該算法給出了顯式無條件穩(wěn)定的積分格式,其積分時間步長不受結(jié)構(gòu)自振特性的限制,只要在積分步長內(nèi)外載是以確定性方式變化,就能得到相當(dāng)于計算機精度的精確解答.計算機數(shù)值仿真研究表明,對于作用在結(jié)構(gòu)上的調(diào)制或非調(diào)制