【摘要】：在工程實踐中,確定結(jié)構(gòu)動態(tài)載荷在系統(tǒng)動力學優(yōu)化設(shè)計、故障診斷、減振降噪和振動控制及預測等方面具有重要作用。由于結(jié)構(gòu)和動載荷本身的復雜性,很多情況下不能進行直接測量,因此由結(jié)構(gòu)的動響應和結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性來識別作用在結(jié)構(gòu)上的動載荷是非常有必要的。目前已經(jīng)發(fā)展出一系列載荷識別方法,識別精度很大程度上依賴于測試響應的信噪比以及測點布置的數(shù)量和位置。因此,本課題深入地研究了一種具有較好抗噪聲性能的基于測試區(qū)域響應重建的測點優(yōu)化布置及載荷識別方法,進而又研究了關(guān)于測試區(qū)域的優(yōu)化選擇方法以提高載荷的識別精度。此外,對于低噪聲設(shè)備開發(fā)過程中碰到的激勵評估問題,開展了基于等效激勵源模型的載荷識別技術(shù)的創(chuàng)新性研究,然后將其與測點優(yōu)化布置方法結(jié)合形成機械設(shè)備內(nèi)源反演技術(shù)。本文通過理論建模、數(shù)值仿真與試驗測試對這種新型的載荷識別技術(shù)進行了研究,主要研究內(nèi)容包含以下幾個方面:(1)為了降低測試噪聲對載荷識別精度的影響,提出一種基于重建的測試區(qū)域分布響應進行載荷識別的方法。該方法以測量區(qū)域響應為研究出發(fā)點,將常見的通過離散點響應識別載荷的問題轉(zhuǎn)變成通過整個測試區(qū)域的響應進行識別。在重建測試區(qū)域分布響應的過程中,基于局部二維正交多項式擬合技術(shù),采用一組局部二維正交多項式基函數(shù)擬合測試區(qū)域內(nèi)的連續(xù)分布響應函數(shù),進而提出一種優(yōu)化布置測點的方法。通過數(shù)值仿真分別對一個平面模型和一個曲面模型上的測點布置及載荷重建進行了研究,展示了使用重建的區(qū)域響應識別載荷方法的有效性,并著重研究了該優(yōu)化測點布置方法的抗噪聲性能。通過試驗對作用在鋼板上的兩個集中力進行了識別,在激勵頻率處最高誤差為3.6%,進一步驗證了方法的有效性與可行性。(2)測試區(qū)域的選擇直接影響到測點的布置,并最終影響識別精度。針對在一個較大分析區(qū)域內(nèi)選擇測試區(qū)域的問題,提出了一個以區(qū)域的傳遞函數(shù)相干因子為目標函數(shù)的優(yōu)化模型�；趩晤l時離散測點的傳遞函數(shù)相干分析法,推導了區(qū)域的傳遞函數(shù)相干分析法并定義了區(qū)域的相干因子。當需要同時在多個頻率上進行優(yōu)化時,將系統(tǒng)的3D傳遞函數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換為2D形式并重新組裝,可通過分析新生成的矩陣的區(qū)域相干因子建立優(yōu)化模型。對一個簡支梁模型進行數(shù)值仿真,分別以區(qū)域相干因子和傳統(tǒng)的傳遞函數(shù)條件數(shù)作為目標函數(shù),在相同的約束條件下對其測試區(qū)域進行優(yōu)化選擇。仿真結(jié)果表明相干因子同條件數(shù)一樣可以反映傳遞函數(shù)矩陣的病態(tài)性,并且能夠快捷有效地選擇出最優(yōu)測試區(qū)域且易于處理多頻率優(yōu)化問題。(3)針對機械激勵源特性或激勵水平評估問題,將聲學領(lǐng)域基于等效源建模的思想引入結(jié)構(gòu)載荷識別問題,建立了基于等效激勵源模型的載荷識別技術(shù),研究了以分析頻帶內(nèi)主要影響模態(tài)數(shù)確定等效源數(shù)目和以機腳或關(guān)心位置處響應為目標確定等效源位置的方法。設(shè)計制造了一臺電機的原理樣機并對其進行激勵試驗,分析了識別出來的激勵和驗證測點響應的誤差,在主要峰值頻率處,激勵誤差最高為1.29 dB,測點誤差最高0.26 dB,驗證了基于等效激勵源模型的載荷識別技術(shù)的有效性和準確性。(4)將測點優(yōu)化布置方法和等效激勵源模型結(jié)合形成機械設(shè)備內(nèi)源反演技術(shù),為進一步研究其在實際工程場合中的應用,以某型號模塊化電機為研究對象,進行了電機內(nèi)源識別試驗研究。通過建立等效源與真實源以及等效源與驗證測點的關(guān)系得到真實激勵力和驗證測點響應的估計值,將其與測點的實際測量結(jié)果比較,結(jié)果表明主要峰值頻率處的識別誤差均滿足精度要求,驗證了上述方法的可行性和有效性,為其工程應用打下基礎(chǔ)。
【圖文】：

研究背景與意義工程實踐中，確定結(jié)構(gòu)動態(tài)載荷在系統(tǒng)動力學優(yōu)化設(shè)計、故障診斷、減振制及預測等方面具有重要作用。如果能夠準確獲得載荷信息，可以通過，確保機器設(shè)備的穩(wěn)定安全運行。前確定動載荷的方法主要有兩種：直接法和間接法[1]。直接法主要是通置傳感器直接測量載荷的值或者測量與其相關(guān)的參數(shù)換算得到載荷數(shù)值程問題中，直接在結(jié)構(gòu)上載荷作用位置處布置傳感器進行測量通常比較實現(xiàn)，如：汽車行駛時的路面激振力、電機運行時的不平衡力和電磁力某些結(jié)構(gòu)上布置傳感器還會造成結(jié)構(gòu)固有特性的較大改變。鑒于直接法碰到的問題，間接法（即載荷識別技術(shù)）得到了快速發(fā)展。它通過測量應（包括位移、速度、加速度、應變等）和系統(tǒng)的特性參數(shù)來識別作用載荷，載荷識別的示意圖如圖 1-1 所示[2]，其屬于動力學逆問題中的第3]。動載荷識別技術(shù)的研究內(nèi)容主要包括兩個方面，，系統(tǒng)建模方法和識別同類型的動載荷，研究出其工程適用的建模方法和識別方法已成為目前一項熱點。

如果將所有的自由度都認為是候選測點位置，計算效率數(shù)研究在響應測試上的抗噪聲性能都不令人滿意。測量中適定性會導致計算不穩(wěn)定。即使應用正則化方法處理病態(tài)的增加依然是難以接受的[79]。問題，本章提出一種通過重建結(jié)構(gòu)測試區(qū)域內(nèi)分布響應優(yōu)法，并在這一基礎(chǔ)上對載荷識別技術(shù)作了進一步的研究。了函數(shù)展開法。接著基于局部二維正交多項式擬合技術(shù)，式基函數(shù)擬合矩形區(qū)域內(nèi)分布響應進而得到測點的優(yōu)化布區(qū)域與目標矩形區(qū)域坐標之間的映射關(guān)系，將該技術(shù)擴展域。最后建立了載荷到區(qū)域分布響應的正模型并應用偽逆假設(shè)一個外部載荷 ( )作用在任意一個結(jié)構(gòu)上，如圖 定義的是結(jié)構(gòu)上的點集合， 表示頻率。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM30

【參考文獻】

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本文編號：2698101