基于不同正则化的结构动载荷识别技术研究
发布时间：2021-06-14 01:24
在实际的工程问题中,动载荷的确定对系统的参数识别、故障诊断以及疲劳寿命预测等都具有重要意义。然而,在许多情况下,由于实际环境的约束或经济条件的限制,直接测量系统所受的载荷通常是非常困难的,有时甚至是不可能的。因此,研究基于系统响应和系统特性来间接获取动态载荷是至关重要的。本文对周期性动载荷和冲击载荷分别提出了不同的识别方法,并针对识别过程中的不适定性,采用相应的正则化技术来进行处理。本文的研究工作主要包括:（1）将周期性动载荷在时域内利用一系列脉冲响应函数描述,并用卷积分关系进行结构动响应离散,建立了基于Green函数的周期性动载荷识别方程。采用Tikhonov和广义截断奇异值分解（TSVD）正则化方法分别来处理识别问题中的病态特性。通过单源动载荷和多源动载荷的识别进行数值对比研究,分析不同噪声水平和不同响应类型下的识别结果。接着,对悬臂梁上的正弦载荷识别进行了试验验证,并用多岛遗传优化方法对有限元模型进行修正,从而得到较准确的Green函数矩阵。（2）针对冲击载荷识别问题中的稀疏特性,利用冲击载荷与响应的卷积积分关系,基于传递矩阵,构造了冲击载荷的一般稀疏识别方程。然后,基于截断牛顿...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
悬臂梁模态实验现场图
西南交通大学硕士研究生学位论文 第34页约束端的边界条件用一个线性弹簧和一个扭转弹簧来简化，如图 3-23 所示。建模时设置结构的材料特性参数为：弹性模量 E0=2.1×1011，密度 ρ=7.93×103，泊松比 =0.3，线性弹簧刚度 K10=1×105N/m，扭转弹簧刚度 K20=1×106N/m。将整个梁结构划分为 16 个单元，共 17 个节点。对有限元模型进行模态分析，得到梁结构的实验模态振型和有限元模态振型的对比如图 3-24 所示，各阶模态频率对比在表 3-6 中进行列出。从图 3-24 中可以看出各阶对应的模态振型基本一致。但从表 3-6 中发现，实验测试和有限元分析所得的第 2 阶模态频率的相对误差较小，而其他阶数的相对误差都大于 9%。这说明有限元计算的模态频率与实测频率有较大的误差，需要进行有限元模型修正。又因第 2 阶实验模态频率与有限元模态频率间的相对误差最小，且为 0.49%。本文选取第 2 阶模态频率作为有限元模型修正的修正目标。
e）第 5 阶图 3-24 结构的实验模态振型和有限元模态振型的对比3.7.2 灵敏度分析由于该实验钢梁的结构尺寸、密度、泊松比是已知的，不确定的量只有弹性模量、线性弹簧刚度和扭转弹簧刚度。只需对这三个变量进行灵敏度分析。本文分析这三个变量对结构第 2 阶模态频率的影响。首先，只调整弹性模量的值，令其为初始值的 0.5，0.8，1.2，1.5 和 2 倍，分析其对结构第 2 阶固有频率的影响，分别得到弹性模量的不同倍数下第 2 阶固有频率的变化率，如图 3-25 所示，其中 x 轴的倍数指初始弹性模量的不同倍数，y 轴的比值指的是在弹性模量的变化下第 2 阶固有频率变化后的值与初始值的比值。从图中可以发现第 2 阶固有频率随着弹性模量的成倍变化，其值也在呈倍数变化，即弹性模量对第 2 阶固有频率的影响很大。然后，分别调整线性弹簧刚度和扭转弹簧刚度值，使其为各自初始值的 1/100，1/10，10，100 和 1000 倍，分析在不同刚度条件下计算的第 2 阶固有频率与初始条件下第 2 阶固有频率的比值，图 3-26 为其变化结果图。可以看出扭转弹簧刚度的变化并不影响固有频率的变化，而线性弹簧刚度变化时，结构的第 2 阶固有频率有较大变化，其中当线性弹簧刚度值到达 1×1
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多岛遗传算法的漂浮式风力机TMD参数优化[J]. 周红杰,丁勤卫,李春,郝文星,余万. 动力工程学报. 2018(05)
[2]动态载荷识别的自适应延迟逆模型方法[J]. 周盼,蔡龙奇,率志君,李玩幽. 船舶力学. 2017(05)
[3]边界条件对比例车体模态参数的影响[J]. 史艳民,缪炳荣,李旭娟,杨忠坤,王名月. 机车电传动. 2017(02)
[4]共轭梯度最小二乘迭代正则化算法在冲击载荷识别中的应用[J]. 卢立勤,乔百杰,张兴武,陈雪峰. 振动与冲击. 2016(22)
[5]基于商函数的动态载荷识别最优正则化参数选取方法[J]. 高伟,于开平,林宏. 东北石油大学学报. 2016(02)
[6]基于遗传算法的动态载荷识别优化方法[J]. 袭著有,闫云聚,常晓通. 机械强度. 2015(04)
[7]动载荷的识别方法[J]. 杨智春,贾有. 力学进展. 2015(00)
[8]动载荷反演分析技术研究综述[J]. 毛玉明,林剑锋,刘靖华,狄文斌. 动力学与控制学报. 2014(02)
[9]动载荷识别时域方法的研究现状与发展趋势[J]. 周盼,张权,率志君,李玩幽. 噪声与振动控制. 2014(01)
[10]基于精细积分的冲击载荷时域识别方法研究[J]. 王静,陈海波,王靖. 振动与冲击. 2013(20)
博士论文
[1]基于正则化方法的动载荷识别技术研究及应用[D]. 马超.上海交通大学 2015
[2]高速列车载荷反演技术及其运用研究[D]. 朱涛.西南交通大学 2012
[3]动态载荷识别的计算反求技术研究[D]. 刘杰.湖南大学 2011
[4]动载荷反演问题时域分析理论方法和实验研究[D]. 毛玉明.大连理工大学 2010
[5]时域内动态载荷识别理论及实施技术研究[D]. 蔡元奇.武汉大学 2004
[6]结构随机载荷识别的理论和实验研究[D]. 郭杏林.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]基于逆虚拟激励法的直升机振动载荷识别研究[D]. 章红莉.南京航空航天大学 2012
本文编号：3228762
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
悬臂梁模态实验现场图
西南交通大学硕士研究生学位论文 第34页约束端的边界条件用一个线性弹簧和一个扭转弹簧来简化，如图 3-23 所示。建模时设置结构的材料特性参数为：弹性模量 E0=2.1×1011，密度 ρ=7.93×103，泊松比 =0.3，线性弹簧刚度 K10=1×105N/m，扭转弹簧刚度 K20=1×106N/m。将整个梁结构划分为 16 个单元，共 17 个节点。对有限元模型进行模态分析，得到梁结构的实验模态振型和有限元模态振型的对比如图 3-24 所示，各阶模态频率对比在表 3-6 中进行列出。从图 3-24 中可以看出各阶对应的模态振型基本一致。但从表 3-6 中发现，实验测试和有限元分析所得的第 2 阶模态频率的相对误差较小，而其他阶数的相对误差都大于 9%。这说明有限元计算的模态频率与实测频率有较大的误差，需要进行有限元模型修正。又因第 2 阶实验模态频率与有限元模态频率间的相对误差最小，且为 0.49%。本文选取第 2 阶模态频率作为有限元模型修正的修正目标。
e）第 5 阶图 3-24 结构的实验模态振型和有限元模态振型的对比3.7.2 灵敏度分析由于该实验钢梁的结构尺寸、密度、泊松比是已知的，不确定的量只有弹性模量、线性弹簧刚度和扭转弹簧刚度。只需对这三个变量进行灵敏度分析。本文分析这三个变量对结构第 2 阶模态频率的影响。首先，只调整弹性模量的值，令其为初始值的 0.5，0.8，1.2，1.5 和 2 倍，分析其对结构第 2 阶固有频率的影响，分别得到弹性模量的不同倍数下第 2 阶固有频率的变化率，如图 3-25 所示，其中 x 轴的倍数指初始弹性模量的不同倍数，y 轴的比值指的是在弹性模量的变化下第 2 阶固有频率变化后的值与初始值的比值。从图中可以发现第 2 阶固有频率随着弹性模量的成倍变化，其值也在呈倍数变化，即弹性模量对第 2 阶固有频率的影响很大。然后，分别调整线性弹簧刚度和扭转弹簧刚度值，使其为各自初始值的 1/100，1/10，10，100 和 1000 倍，分析在不同刚度条件下计算的第 2 阶固有频率与初始条件下第 2 阶固有频率的比值，图 3-26 为其变化结果图。可以看出扭转弹簧刚度的变化并不影响固有频率的变化，而线性弹簧刚度变化时，结构的第 2 阶固有频率有较大变化，其中当线性弹簧刚度值到达 1×1
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多岛遗传算法的漂浮式风力机TMD参数优化[J]. 周红杰,丁勤卫,李春,郝文星,余万. 动力工程学报. 2018(05)
[2]动态载荷识别的自适应延迟逆模型方法[J]. 周盼,蔡龙奇,率志君,李玩幽. 船舶力学. 2017(05)
[3]边界条件对比例车体模态参数的影响[J]. 史艳民,缪炳荣,李旭娟,杨忠坤,王名月. 机车电传动. 2017(02)
[4]共轭梯度最小二乘迭代正则化算法在冲击载荷识别中的应用[J]. 卢立勤,乔百杰,张兴武,陈雪峰. 振动与冲击. 2016(22)
[5]基于商函数的动态载荷识别最优正则化参数选取方法[J]. 高伟,于开平,林宏. 东北石油大学学报. 2016(02)
[6]基于遗传算法的动态载荷识别优化方法[J]. 袭著有,闫云聚,常晓通. 机械强度. 2015(04)
[7]动载荷的识别方法[J]. 杨智春,贾有. 力学进展. 2015(00)
[8]动载荷反演分析技术研究综述[J]. 毛玉明,林剑锋,刘靖华,狄文斌. 动力学与控制学报. 2014(02)
[9]动载荷识别时域方法的研究现状与发展趋势[J]. 周盼,张权,率志君,李玩幽. 噪声与振动控制. 2014(01)
[10]基于精细积分的冲击载荷时域识别方法研究[J]. 王静,陈海波,王靖. 振动与冲击. 2013(20)
博士论文
[1]基于正则化方法的动载荷识别技术研究及应用[D]. 马超.上海交通大学 2015
[2]高速列车载荷反演技术及其运用研究[D]. 朱涛.西南交通大学 2012
[3]动态载荷识别的计算反求技术研究[D]. 刘杰.湖南大学 2011
[4]动载荷反演问题时域分析理论方法和实验研究[D]. 毛玉明.大连理工大学 2010
[5]时域内动态载荷识别理论及实施技术研究[D]. 蔡元奇.武汉大学 2004
[6]结构随机载荷识别的理论和实验研究[D]. 郭杏林.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]基于逆虚拟激励法的直升机振动载荷识别研究[D]. 章红莉.南京航空航天大学 2012
本文编号：3228762
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