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复合材料板壳结构载荷识别

宋振  
【摘要】:智能结构是一种能感知周围环境变化,并能针对这种变化做出适当反应的自感知─自适应结构,基于压电、光纤等新型传感器的结构健康监测研究受到国内外学者的广泛关注,本文从航空航天等领域利用压电智能结构进行结构健康监测的工程背景出发,对压电智能结构的载荷识别方法进行了较深入、系统的研究。 论文采用遗传算法和有限元相结合的方法,实现复合材料结构载荷大小和位置的识别,并着重对染色体的编码方式进行了深入研究。以荷载作用位置的结点号和荷载大小为参数的二进制编码方法简单、高效,但存在连续函数离散化时的映射误差,且其编码串的长度取决于所要求的识别精度,过长的染色体会影响算法的计算效率;以二进制编码表征载荷作用位置,浮点数编码表示载荷大小的混合编码方法,大大降低了染色体的长度,显著提高了计算效率和精度,可难以实现非网格结点处的载荷识别;论文首次提出了一种受载单元判别法,根据染色体所对应的载荷作用点的横、纵坐标和每个单元四条边间的几何关系,判断出集中载荷作用的单元,再根据力的等效分配原则,把载荷等效分配到所在单元的结点上,进而基于有限元分析和遗传算法自身优越的全局搜索能力实现作用于复合材料结构网格结点或单元内部任意位置处的载荷识别,与现有的神经网络识别法和有限元反分析法相比,本方法具有能够识别非网格结点处的载荷的优点,且仿真算例表明其识别精度更高;在对静载荷识别研究的基础上,本文研究了作用于任意位置处的冲击载荷时间历程反演和冲击位置判别方法。仿真算例表明了本文方法对冲击载荷历程反演及位置识别的有效性。


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