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《湖南大学》 2012年
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结构非线性行为及动力荷载时域识别研究

贺佳  
【摘要】:由于自然和人为因素的影响,大多数工程结构在服役期间存在不同程度的损伤累积和发展,而损伤的累积和发展往往又是导致结构功能失效甚至破坏的一个重要原因,因此,损伤识别受到了许多学者的广泛关注。损伤识别与系统识别紧密相连,不少损伤识别理论都是通过识别结构参数(如刚度、阻尼、频率、振型等)的变化来反映结构损伤。事实上,结构损伤的发生、发展过程是一个典型的非线性过程,而现阶段不少基于模态信息或特征值向量的系统识别方法均基于线性理论,因而,严格意义上说不适合于非线性特征识别。因此,非线性动力系统的识别问题是一个亟待解决的重要问题。 系统识别其本质是基于系统的输入和输出,获得系统参数的过程,如果在识别过程中已知信息过少,则无法得到理想的识别结果。在实际工程结构中,由于各种客观条件的影响,如传感器数目和安装位置的局限性,往往难以获得完整的输入和输出信息。因此,系统输入和输出的完备性问题也是一个值得深入研究的问题。 基于上述研究背景,本文主要进行了如下几方面的研究工作: (1)根据最小二乘原理,提出了一种基于等价线性化思想的结构非线性行为识别方法,对结构中非线性构件产生的恢复力进行了识别。讨论了完整激励(即激励已知且施加于所有自由度上)和非完整激励(即激励已知但仅施加于部分自由度上)时,该方法的具体实现方式。通过非线性滞回系统、达芬系统、分段线性系统和双旗型系统,验证了该非线性识别法的有效性。此外,对安装有磁流变阻尼器(MR阻尼器)的四层钢框架模型结构进行了动力实验,基于结构的激励和响应时程,识别了该实际结构的非线性特性,验证了该方法在非线性行为识别中的有效性。 (2)提出了基于幂级数多项式模型的非线性恢复力识别法,并讨论了该方法在完整激励和非完整激励下的具体实现方法。通过四种非线性数值模型,验证了该方法的适用性和有效性。此外,通过安装了MR阻尼器的四层钢框架模型动力实验,验证了该方法的有效性。 (3)提出了一种部分输入未知下的自适应加权迭代算法,该方法不仅能识别结构的参数,还能同时识别作用于结构的未知外激励。通过引入学习因子和加权系数加快了算法的收敛速率,提高了识别精度。分别通过六层剪切型结构模型和平面桁架模型的数值模拟,验证了该方法的有效性,并且研究了噪声、采样时长、加权系数和学习因子对算法的影响。此外,对四层钢框架线性结构的部分楼层施加冲击荷载,识别了该结构的结构参数和未知外激励。 (4)通过将自适应加权迭代算法和幂级数多项式模型有机结合,提出了一种部分激励未知下非线性系统恢复力识别法,同时该方法也可以获得未知激励的识别值。分别通过具有非线性滞回特性的多自由度数值模型和4层钢框架结构动力实验验证了该方法的可行性。 (5)通过将自适应加权迭代算法与子结构理论结合起来,提出了一种部分输入未知下的子结构线性识别法,该方法能同时识别目标子结构的结构参数和作用于子结构内部的未知外激励,并通过具有50个自由度的集中质量数值模型和20层高层线性结构模型的动力实验验证了该方法的可行性。此外,利用基于幂级数多项式模型的非线性恢复力识别法,对该子结构线性识别法进行扩展,提出了部分输入未知下的非线性子结构恢复力识别法,并通过具有50个自由度的非线性数值模型验证了该方法的可行性。 (6)结合加权全局迭代的扩展的卡尔曼滤波算法、自适应加权迭代算法和子结构理论,提出了一种部分输入和部分输出未知下的结构参数和荷载识别方法。此外,通过构造两个子结构,并修改目标子结构在扩展的卡尔曼滤波算法中的状态向量和观测方程,进一步提出了部分输入和部分输出未知下的子结构识别方法,并通过两个数值算例分别验证了这两种方法的有效性和可靠性。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU312.1

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 辛璐璐;动力荷载作用下多自由度结构非线性恢复力识别研究[D];湖南大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 尚久铨;卡尔曼滤波法在结构动态参数估计中的应用[J];地震工程与工程振动;1991年02期
2 陈隽,李杰;部分输入未知条件下的结构系统识别研究[J];地震工程与工程振动;1998年04期
3 李惠,毛晨曦;形状记忆合金(SMA)被动耗能减震体系的设计及参数分析[J];地震工程与工程振动;2001年S1期
4 周强,瞿伟廉;磁流变阻尼器的两种力学模型和试验验证[J];地震工程与工程振动;2002年04期
5 冯新,李国强,周晶;土木工程结构健康诊断中的统计识别方法综述[J];地震工程与工程振动;2005年02期
6 韩建平;董小军;周伟;;基于振动台试验的RC框架模型修正及模拟损伤识别[J];地震工程与工程振动;2010年05期
7 李杰,陈隽;结构参数未知条件下的地震动反演研究[J];地震工程与工程振动;1997年03期
8 孙鸿敏,李宏男;土木工程结构健康监测研究进展[J];防灾减灾工程学报;2003年03期
9 陈健云,王建有;输入未知情况下结构复合反演的两步法[J];防灾减灾工程学报;2005年02期
10 陆秋海,李德葆,张维;利用模态试验参数识别结构损伤的神经网络法[J];工程力学;1999年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 董小军;基于灵敏度分析的结构动力模型修正及损伤识别研究[D];兰州理工大学;2009年
2 周任;基于时间序列数据的非线性结构恢复力识别与建模[D];湖南大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王利恒;周锡元;阎维明;;结构损伤检测方法的一些新进展[J];四川建筑科学研究;2005年06期
2 周俐俐;曹国;张欣;;基于单元平均应变的结构多损伤静态识别[J];四川建筑科学研究;2007年06期
3 肖烨;陈剑毅;易萍华;;自由度匹配技术在框架结构损伤识别中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2011年02期
4 王凤华;黄襄云;周福霖;;新型形状记忆合金阻尼器参数对古塔结构减震效果影响分析[J];四川建筑科学研究;2012年03期
5 贾云龙;张世宇;;大型复杂结构长期服役状态下的健康监测系统[J];安徽建筑;2010年04期
6 陈杰平;易勇;乔印虎;;磁流变液阻尼减振器力学模型及其发展[J];安徽科技学院学报;2008年02期
7 陈立群;任意椭圆轨道上磁性航天器姿态运动中的混沌及其控制[J];鞍山科技大学学报;2003年04期
8 田国瑞;;关于一个平方非线性系统的讨论[J];鞍山师范学院学报;2007年02期
9 宁送云;丘水生;;等效小参量法求解强非线性系统的有效性研究[J];安阳工学院学报;2007年06期
10 杜建国;李万华;贺永胜;吕学利;;无补偿式单出杆磁流变阻尼器的力学性能研究及其建模[J];兵器材料科学与工程;2011年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 石立群;陈自力;石立君;马傲玲;;斜拉桥的索-桥面耦合振动非线性分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 郝颖;吴志强;;双线性滞后系统减振分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
3 李杰;陈隽;;高层建筑结构动力复合反演问题研究[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
4 李杰;;生命线工程研究中的关键力学问题——第十二届全国结构工程学术会议特邀报告[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
5 袁旭东;周晶;;一种基于神经网络结构损伤识别组合参数法研究[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
6 王国兴;李华军;潘新颖;;小波包分析在结构损伤时间识别及结构模态参数识别中的应用[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
7 李安军;邢桂菊;周丽雯;;换热器直管非线性振动及运动稳定性分析[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
8 蔡建平;;矿井提升系统渐近解的数值阶验证[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
9 杨永锋;任兴民;秦卫阳;;不同数值算法对非线性响应的影响[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
10 赵子辉;谢永慧;;碰撞阻尼围带叶片振动特性研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戚增坤;突变控制机制及其在船舶非线性横摇运动中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘文静;LRB隔震桥梁的可靠性与等效线性化方法研究[D];华中科技大学;2010年
3 谭林;基于动力指纹的结构损伤识别可靠度方法研究[D];华南理工大学;2010年
4 刘小根;玻璃幕墙安全性能评估及其面板失效检测技术[D];中国建筑材料科学研究总院;2010年
5 白羽;梁、板、网架结构损伤诊断研究[D];昆明理工大学;2008年
6 李晶;基于广义柔度矩阵的结构损伤识别研究[D];吉林大学;2011年
7 胡清华;轴承—转子系统的非线性动力学分析与优化研究[D];大连理工大学;2011年
8 陈元坤;分裂导线的微风振动与次档距振荡研究[D];华中科技大学;2011年
9 朱军华;环境因素作用下的结构损伤检测[D];暨南大学;2011年
10 金恩平;空间网格结构健康监测与安全性评价方法研究[D];兰州理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李洪琴;基于振动模态分析和BP网络的桥梁损伤识别研究[D];山东科技大学;2010年
2 赵乐乐;在役桥梁结构健康诊断与寿命预测技术研究[D];郑州大学;2010年
3 刘华艳;耦合混沌系统广义同步研究[D];郑州大学;2010年
4 俞顺;基于模型修正及体系可靠度的桥梁结构性能评价[D];郑州大学;2010年
5 田海燕;静电除尘器阳极振打系统的非线性分析[D];郑州大学;2010年
6 王建勋;4200立辊轧机主传动系统扭振研究[D];郑州大学;2010年
7 张波;基于提升小波变换的框架结构损伤检测[D];郑州大学;2010年
8 刘德;基于GIS的桥梁结构健康监测与管理系统[D];大连理工大学;2010年
9 薛明玉;遗传算法和神经网络在结构损伤识别中的应用[D];大连理工大学;2010年
10 王奇;SMA-粘滞阻尼器及其在框架结构中的减震研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴波,孙科学,李惠,唐卫胜;形状记忆合金力学性能的试验研究[J];地震工程与工程振动;1999年02期
2 李惠,毛晨曦;形状记忆合金(SMA)被动耗能减震体系的设计及参数分析[J];地震工程与工程振动;2001年S1期
3 周强,瞿伟廉;磁流变阻尼器的两种力学模型和试验验证[J];地震工程与工程振动;2002年04期
4 李惠,毛晨曦;新型SMA耗能器及结构地震反应控制试验研究[J];地震工程与工程振动;2003年01期
5 陈隽,徐幼麟,李杰;Hilbert-Huang变换在密频结构阻尼识别中的应用[J];地震工程与工程振动;2003年04期
6 薛伟辰;郑乔文;刘振勇;李杰;;结构振动控制智能材料研究及应用进展[J];地震工程与工程振动;2006年05期
7 孙鸿敏,李宏男;土木工程结构健康监测研究进展[J];防灾减灾工程学报;2003年03期
8 廖富魁;切比雪夫多项式降阶技术在设计数字滤波器中的应用[J];四川兵工学报;1998年01期
9 黄俊钦,刘整社;多项式模型方次与参数同时估计的正交化法[J];航空学报;1987年01期
10 史丽萍,孙宝元,于浩洋;切比雪夫多项式回归分析方法在测量数据处理中的应用[J];黑龙江大学自然科学学报;2003年02期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姜绍飞,刘奎浩,廖云,贾连光;基于概率神经网络的悬索桥损伤定位研究[J];东北大学学报;2002年05期
2 尚久铨;卡尔曼滤波法在结构动态参数估计中的应用[J];地震工程与工程振动;1991年02期
3 陈隽,李杰;部分输入未知条件下的结构系统识别研究[J];地震工程与工程振动;1998年04期
4 吴波,孙科学,李惠,唐卫胜;形状记忆合金力学性能的试验研究[J];地震工程与工程振动;1999年02期
5 高赞明,孙宗光,倪一清;基于振动方法的汲水门大桥损伤检测研究[J];地震工程与工程振动;2001年S1期
6 周强,瞿伟廉;磁流变阻尼器的两种力学模型和试验验证[J];地震工程与工程振动;2002年04期
7 冯新,李国强,周晶;土木工程结构健康诊断中的统计识别方法综述[J];地震工程与工程振动;2005年02期
8 李杰,陈隽;结构参数未知条件下的地震动反演研究[J];地震工程与工程振动;1997年03期
9 孙鸿敏,李宏男;土木工程结构健康监测研究进展[J];防灾减灾工程学报;2003年03期
10 高勇;苏磐石;;Damage localization under ambient vibration using changes in flexibility[J];Earthquake Engineering and Engineering Vibration;2002年01期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 李杰;陈隽;;高层建筑结构动力复合反演问题研究[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
2 姜绍飞;倪一清;高赞明;;基于概率神经网络的青马悬索桥损伤定位的仿真研究[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
3 欧进萍;;重大工程结构的智能监测与健康诊断[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2002年
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