【摘要】：在工程實(shí)踐中,確定結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)載荷在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)、故障診斷、減振降噪和振動(dòng)控制及預(yù)測(cè)等方面具有重要作用。由于結(jié)構(gòu)和動(dòng)載荷本身的復(fù)雜性,很多情況下不能進(jìn)行直接測(cè)量,因此由結(jié)構(gòu)的動(dòng)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性來(lái)識(shí)別作用在結(jié)構(gòu)上的動(dòng)載荷是非常有必要的。目前已經(jīng)發(fā)展出一系列載荷識(shí)別方法,識(shí)別精度很大程度上依賴于測(cè)試響應(yīng)的信噪比以及測(cè)點(diǎn)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(cè)試區(qū)域響應(yīng)重建的測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置及載荷識(shí)別方法,進(jìn)而又研究了關(guān)于測(cè)試區(qū)域的優(yōu)化選擇方法以提高載荷的識(shí)別精度。此外,對(duì)于低噪聲設(shè)備開(kāi)發(fā)過(guò)程中碰到的激勵(lì)評(píng)估問(wèn)題,開(kāi)展了基于等效激勵(lì)源模型的載荷識(shí)別技術(shù)的創(chuàng)新性研究,然后將其與測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置方法結(jié)合形成機(jī)械設(shè)備內(nèi)源反演技術(shù)。本文通過(guò)理論建模、數(shù)值仿真與試驗(yàn)測(cè)試對(duì)這種新型的載荷識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了研究,主要研究?jī)?nèi)容包含以下幾個(gè)方面:(1)為了降低測(cè)試噪聲對(duì)載荷識(shí)別精度的影響,提出一種基于重建的測(cè)試區(qū)域分布響應(yīng)進(jìn)行載荷識(shí)別的方法。該方法以測(cè)量區(qū)域響應(yīng)為研究出發(fā)點(diǎn),將常見(jiàn)的通過(guò)離散點(diǎn)響應(yīng)識(shí)別載荷的問(wèn)題轉(zhuǎn)變成通過(guò)整個(gè)測(cè)試區(qū)域的響應(yīng)進(jìn)行識(shí)別。在重建測(cè)試區(qū)域分布響應(yīng)的過(guò)程中,基于局部二維正交多項(xiàng)式擬合技術(shù),采用一組局部二維正交多項(xiàng)式基函數(shù)擬合測(cè)試區(qū)域內(nèi)的連續(xù)分布響應(yīng)函數(shù),進(jìn)而提出一種優(yōu)化布置測(cè)點(diǎn)的方法。通過(guò)數(shù)值仿真分別對(duì)一個(gè)平面模型和一個(gè)曲面模型上的測(cè)點(diǎn)布置及載荷重建進(jìn)行了研究,展示了使用重建的區(qū)域響應(yīng)識(shí)別載荷方法的有效性,并著重研究了該優(yōu)化測(cè)點(diǎn)布置方法的抗噪聲性能。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)作用在鋼板上的兩個(gè)集中力進(jìn)行了識(shí)別,在激勵(lì)頻率處最高誤差為3.6%,進(jìn)一步驗(yàn)證了方法的有效性與可行性。(2)測(cè)試區(qū)域的選擇直接影響到測(cè)點(diǎn)的布置,并最終影響識(shí)別精度。針對(duì)在一個(gè)較大分析區(qū)域內(nèi)選擇測(cè)試區(qū)域的問(wèn)題,提出了一個(gè)以區(qū)域的傳遞函數(shù)相干因子為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型。基于單頻時(shí)離散測(cè)點(diǎn)的傳遞函數(shù)相干分析法,推導(dǎo)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(dāng)需要同時(shí)在多個(gè)頻率上進(jìn)行優(yōu)化時(shí),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(guò)分析新生成的矩陣的區(qū)域相干因子建立優(yōu)化模型。對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)支梁模型進(jìn)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(biāo)函數(shù),在相同的約束條件下對(duì)其測(cè)試區(qū)域進(jìn)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(cè)試區(qū)域且易于處理多頻率優(yōu)化問(wèn)題。(3)針對(duì)機(jī)械激勵(lì)源特性或激勵(lì)水平評(píng)估問(wèn)題,將聲學(xué)領(lǐng)域基于等效源建模的思想引入結(jié)構(gòu)載荷識(shí)別問(wèn)題,建立了基于等效激勵(lì)源模型的載荷識(shí)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(jī)腳或關(guān)心位置處響應(yīng)為目標(biāo)確定等效源位置的方法。設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)電機(jī)的原理樣機(jī)并對(duì)其進(jìn)行激勵(lì)試驗(yàn),分析了識(shí)別出來(lái)的激勵(lì)和驗(yàn)證測(cè)點(diǎn)響應(yīng)的誤差,在主要峰值頻率處,激勵(lì)誤差最高為1.29 dB,測(cè)點(diǎn)誤差最高0.26 dB,驗(yàn)證了基于等效激勵(lì)源模型的載荷識(shí)別技術(shù)的有效性和準(zhǔn)確性。(4)將測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置方法和等效激勵(lì)源模型結(jié)合形成機(jī)械設(shè)備內(nèi)源反演技術(shù),為進(jìn)一步研究其在實(shí)際工程場(chǎng)合中的應(yīng)用,以某型號(hào)模塊化電機(jī)為研究對(duì)象,進(jìn)行了電機(jī)內(nèi)源識(shí)別試驗(yàn)研究。通過(guò)建立等效源與真實(shí)源以及等效源與驗(yàn)證測(cè)點(diǎn)的關(guān)系得到真實(shí)激勵(lì)力和驗(yàn)證測(cè)點(diǎn)響應(yīng)的估計(jì)值,將其與測(cè)點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量結(jié)果比較,結(jié)果表明主要峰值頻率處的識(shí)別誤差均滿足精度要求,驗(yàn)證了上述方法的可行性和有效性,為其工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
【圖文】：

研究背景與意義工程實(shí)踐中，確定結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)載荷在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)、故障診斷、減振制及預(yù)測(cè)等方面具有重要作用。如果能夠準(zhǔn)確獲得載荷信息，可以通過(guò)，確保機(jī)器設(shè)備的穩(wěn)定安全運(yùn)行。前確定動(dòng)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(cè)量載荷的值或者測(cè)量與其相關(guān)的參數(shù)換算得到載荷數(shù)值程問(wèn)題中，直接在結(jié)構(gòu)上載荷作用位置處布置傳感器進(jìn)行測(cè)量通常比較實(shí)現(xiàn)，如：汽車行駛時(shí)的路面激振力、電機(jī)運(yùn)行時(shí)的不平衡力和電磁力某些結(jié)構(gòu)上布置傳感器還會(huì)造成結(jié)構(gòu)固有特性的較大改變。鑒于直接法碰到的問(wèn)題，間接法（即載荷識(shí)別技術(shù)）得到了快速發(fā)展。它通過(guò)測(cè)量應(yīng)（包括位移、速度、加速度、應(yīng)變等）和系統(tǒng)的特性參數(shù)來(lái)識(shí)別作用載荷，載荷識(shí)別的示意圖如圖 1-1 所示[2]，其屬于動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題中的第3]。動(dòng)載荷識(shí)別技術(shù)的研究?jī)?nèi)容主要包括兩個(gè)方面，，系統(tǒng)建模方法和識(shí)別同類型的動(dòng)載荷，研究出其工程適用的建模方法和識(shí)別方法已成為目前一項(xiàng)熱點(diǎn)。

如果將所有的自由度都認(rèn)為是候選測(cè)點(diǎn)位置，計(jì)算效率數(shù)研究在響應(yīng)測(cè)試上的抗噪聲性能都不令人滿意。測(cè)量中適定性會(huì)導(dǎo)致計(jì)算不穩(wěn)定。即使應(yīng)用正則化方法處理病態(tài)的增加依然是難以接受的[79]。問(wèn)題，本章提出一種通過(guò)重建結(jié)構(gòu)測(cè)試區(qū)域內(nèi)分布響應(yīng)優(yōu)法，并在這一基礎(chǔ)上對(duì)載荷識(shí)別技術(shù)作了進(jìn)一步的研究。了函數(shù)展開(kāi)法。接著基于局部二維正交多項(xiàng)式擬合技術(shù)，式基函數(shù)擬合矩形區(qū)域內(nèi)分布響應(yīng)進(jìn)而得到測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化布區(qū)域與目標(biāo)矩形區(qū)域坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，將該技術(shù)擴(kuò)展域。最后建立了載荷到區(qū)域分布響應(yīng)的正模型并應(yīng)用偽逆假設(shè)一個(gè)外部載荷 ( )作用在任意一個(gè)結(jié)構(gòu)上，如圖 定義的是結(jié)構(gòu)上的點(diǎn)集合， 表示頻率。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM30

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 楊智春;賈有;;動(dòng)載荷的識(shí)別方法[J];力學(xué)進(jìn)展;2015年00期

2 秦遠(yuǎn)田;陳國(guó)平;張方;;二維分布動(dòng)載荷識(shí)別的矩量方法[J];振動(dòng).測(cè)試與診斷;2012年01期

3 胡寅寅;率志君;李玩幽;劉志剛;;設(shè)備載荷識(shí)別與激勵(lì)源特性的研究現(xiàn)狀[J];噪聲與振動(dòng)控制;2011年04期

4 周林;鄭四發(fā);王彬星;連小珉;李克強(qiáng);;動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別位置優(yōu)化的傳遞函數(shù)相干法[J];振動(dòng)工程學(xué)報(bào);2011年01期

5 姜金輝;張方;付春濤;;盒狀件分布動(dòng)載荷頻域識(shí)別方法[J];力學(xué)季刊;2008年02期

6 秦遠(yuǎn)田;張方;陳國(guó)平;;二維分布動(dòng)載荷識(shí)別的頻域方法[J];振動(dòng)工程學(xué)報(bào);2007年05期

7 張?zhí)戾a,賀懷清,張宇翔,楊國(guó)慶;適用于曲面的紋理映射方法研究[J];計(jì)算機(jī)工程;2005年S1期

8 段玉倩,賀家李;遺傳算法及其改進(jìn)[J];電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào);1998年01期

9 張景繪,李萬(wàn)新;直升機(jī)六力素識(shí)別[J];航空學(xué)報(bào);1986年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 馬超;基于正則化方法的動(dòng)載荷識(shí)別技術(shù)研究及應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2015年

2 潘思偉;基于時(shí)域等效源的瞬態(tài)聲場(chǎng)全息重建方法與實(shí)驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2014年

3 秦遠(yuǎn)田;動(dòng)載荷識(shí)別應(yīng)用技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 付春濤;盒狀件分布動(dòng)載荷頻域識(shí)別技術(shù)[D];南京航空航天大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2698101