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基于逆系统的动态载荷识别研究

吕洪彬  
【摘要】: 准确地确定作用于结构上的动态载荷,是工程领域开展工作的关键点,但是由于结构本身的复杂性以及实际工况的复杂因素,很多情况下动载荷不能够通过直接测量而得到,为此动载荷识别技术就显得非常重要。随着科学的进步,近年来动载荷识别技术发展较为迅速,已经出现了很多成熟的识别方法,但仍然有很多问题需要解决。 动态载荷识别属于结构动力学第Ⅱ类反问题,即已知结构的振动响应和振动系统特性来反演作用在结构上的载荷时间历程。而在实际工程中,测量结构响应的测点数目以及测试位置受实际环境的影响,不能将全部的需求信息反馈回来,无形中给载荷识别工作增加了难度。这就要求科研工作者合理安排测点,并在利用有限数据信息的情况下,改进反演模型,尽可能的适应环境,提高识别精度。 本文通过对动力学正问题的有限元求解进行分析,结合经典载荷识别理论知识,利用逆系统载荷识别方法在小阻尼系统中的特殊性(当前时刻激励对响应的贡献值小),对识别模型进行改进,在迭代求解过程中忽略弱势项,并对识别矩阵产生的病态问题进行分析处理,通过正则化方法进行修正并解决病态问题。 针对识别模型的有效性问题,本文通过对悬臂梁模型、弹簧质量模型和平面桁架模型等三个模型进行数值模拟验证,都达到了预期的结果。并且在验证的过程中针对影响识别结果精度的因素进行分析,在不同噪声干扰和采样时间的基础上,通过改变测点的个数,测点位置以及载荷的作用情况,在几种不同的工况下进行数值模拟,模拟结果验证了识别模型的有效性与可行性。


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