结构系统局部非线性定位、模型识别及参数辨识研究

发布时间：2020-06-11 14:21

【摘要】：众所周知,工程中的很多结构系统包含各种各样的非线性因素,研究此类结构系统的辨识技术可以为其动力学特性分析和优化设计提供可靠依据。在很多情形下,结构系统中的非线性因素多出现于结构的连接和边界等位置,使得系统中非线性具有很强的局部性特征。据此,有关学者提出了局部非线性系统的概念,假定局部非线性位置稀疏、类型任意,并将系统解耦为基本线性系统和局部非线性两部分,研究针对此类非线性系统的特定辨识方法,得到具有明确物理意义的辨识结果。本文针对局部非线性结构系统中的非线性定位、非线性模型识别和非线性参数辨识三方面进行探索,研究并发展相关的理论和方法。主要研究内容概述如下:(1)基于子系统线性因子的非线性定位方法研究。基于随机子空间理论提出检测一般多自由度集中质量系统中局部子系统非线性的线性因子准则,并在该准则基础上进一步提出系统局部非线性的定位方法,通过仿真研究分析了不同噪声水平下,不同强度、不同类型非线性的定位效果,结果表明该方法在定位多种不同类型非线性时均具有很好的噪声鲁棒性。(2)基于系统完整性指标的非线性模型识别方法研究。基于逆路径法,提出衡量非线性基函数合理性的系统完整性指标,并建立基于该指标的前向选择算法,该算法适合于非线性基函数集合较大时的非线性模型识别问题,可较为高效的获得各局部非线性描述形式。通过六自由度系统和悬臂梁结构系统的仿真研究验证了方法的有效性。(3)基于随机子空间理论的非线性参数辨识方法研究。研究非线性子空间法中广义频率响应函数、各相关矩阵估计算法和相似矩阵无关性三方面内容。研究不同噪声水平下采样频率对非线性子空间法的影响规律,并据此提出双采样频率子空间法,减弱采样频率对辨识结果的影响。此外,基于状态空间方程阶次对辨识结果的影响,提出需要低、高水平两次激励的双步非线性子空间法,该方法相比传统的非线性子空间法可以更好地确定系统状态方程的合适阶次,给出更为准确的辨识结果。(4)局部非线性结构系统辨识的试验研究。试验结构为包含柔性薄钢片的梁结构,结构中非线性来源为薄钢片大位移导致的三次刚度几何非线性。试验研究中通过频率响应函数和相干函数检验结构中非线性的存在性,通过系统完整性指标判定局部非线性的描述函数,利用双步非线性子空间法辨识基本线性系统频率响应函数和局部非线性基函数系数,并依据低激励水平下得到的频率响应函数H_v估计对局部非线性系统辨识结果进行验证。
【图文】：

局部非线性,小型卫星,结构系统,航天器

背景与意义种有效的线性结构系统辨识方法，传统模态分析技术广泛应用统的振动特性分析和动力学优化设计提供可靠支撑。然而，随，为满足越来越高的结构设计和可靠性要求，很多复杂结构需性，例如高速柔性转子、柔性机器人、卫星天线、大型空间支化假设的模态分析技术直接应用于结构的非线性振动特性分析的可靠性和安全性。因此，针对非线性结构系统，人们开展了有效的非线性结构系统辨识方法。情形下，连接和大位移等非线性多出现于结构系统中的连接位中的此类非线性特征具有很强的局部性。据此，作为此类多自型，有关学者提出了局部非线性系统的概念，并开展了相关的例工程中的局部非线性结构，其中(a)图为一小型卫星航天器[1]

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图 1-2 局部非线性结构系统的完整辨识流程示意图Fig. 1-2 Schematic diagram for modelling of the locally nonlinear st7 非线性模型校核、验证
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：N945.14

【参考文献】