旋转结构动载荷时域识别技术研究

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动载荷时域识别是已知结构的输出(响应信息)和系统的动态特性通过时域反演得到输入(动载荷)的求解过程。这类问题属于动力学研究领域中的第二类逆问题。在工程实际中,无法直接测量动载荷或测量的难度非常大。此时,动载荷识别作为一种间接获取激励力的方法给工程应用带来了极大的便利。近年来,动载荷识别的动态标定技术发展较为迅速,已经成功应用于简单固定结构,比如简支梁、悬臂板等。动态载荷识别技术已经在实际工程中成为一项重要的应用技术。然而由于受到实验条件的限制,对作用在动结构上的载荷识别技术研究以及与之有关的科技文献相对较少。特别是针对旋转连续弹性结构的动载荷识别方法,在国内外研究领域更是很少涉及到。本文在基于正交多项式的动载荷时域识别技术基础之上,将识别的对象从固定柔性结构扩展到了旋转柔性结构,从而进一步发展动载荷识别的理论体系。遵从层层递进、步步为营的原则,本文依次以旋转铁木辛柯梁、旋转薄板、非线性刚-柔耦合旋转梁等转动结构为研究对象,系统和深入的研究了相关的动载荷时域识别技术。本文围绕一维和二维的连续结构展开集中动载和分布动载的时域识别技术研究。主要的研究思路是,从结构动力学的正问题出发,分析旋转结构的有限元形式;然后标定动响应和动载荷两者之间的映射关系;最后通过逆映射关系确定输入动载荷。本文研究的旋转结构动载荷时域识别方法主要是基于切比雪夫正交多项式理论。该方法实质上就是将加载在系统上的动载荷识别转化为对正交多项式系数的求解。通过该方法建立的动力学时域识别计算模型,大大简化了逆向卷积计算。对实际工程中的动载荷进行识别时,很多结构只能测量到部分位置的响应,基于正交多项式的识别方法能很好地解决这类问题。该方法只须获取足够的测量点的响应,就可识别拟合分布动载荷的正交多项式系数。用此方法得到的结果能满足识别的精度要求,同时对测量点的位置无特殊限制。本文建立了几种旋转结构的动载荷载荷识别的基础理论,并且给出了对应的算例。数值仿真表明:识别方法简单有效可行;只要获得足够多的响应点信息,识别出的动载荷具有较高的精度;抗干扰能力较强,可应用于实际工程中。本文对旋转结构动载荷识别所作的一些工作为今后进一步的深入详细研究打下了坚实的基础。
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