位移响应重构与机械装置误差处理方法的研究

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1、位移响应重构与机械装置误差处理方法的研究第一章绪论1.1引言在工程研究分析中，为了对结构进行健康监测（Structuralhealthmonitoring，SHM)和结构控制（StructuralControl,SO,我们需要频繁的测量结构系统的动态响应。在结构系统的动态响应中，动态位移可能包含有很多与结构行为相关的重要信息，而这些信息可以用来对工程结构进行健康监测和结构控制。在结构健康监测中，当一个建筑物经历了较为严重的地震后，我们需要根据结构的位移信息来判断该建筑受到结构损伤的可能性；同样地，对于结构控制来说，为了辨识系统的状态我们需要知道结构

2、的实时或者近实时位移信息。传统的接触式传感器在测量结构位移时需要固定的参考点。但是，对于大型结构（桥梁或者高大建筑物）来说，参考点的选取非常困难，而且所选参考点在地震过程中是变化的。因此，在这样的情境中运用传统的接触式传感器进行直接的位移测量几乎不可能。相比于位移，加速度的测量相对来说比较方便。因为，我们在进行加速度测量时并不需要选取参考点，而且在市面上有很多可用于测量较宽动态频率的加速度装置。从这个角度上来说，相比于对工程结构进行直接的位移测量，利用测得的结构加速度来重构系统的位移，似乎是一个很好的获取结构动态响应的办法。我们知道工程机械中的零部

3、件都是由机床等机械加工设备加工而成的，然后将这些加工后的零部件安装在一起，组合成工程中的机械装置。那么，零部件在加工过程中其实际几何尺寸与理想参数之间肯定会存在偏差，我们把这部分偏差称之为加工误差。零部件的加工误差通常分为几何形状误差和尺寸误差。工艺系统本身的误差以及工件加工过程中产生的各种干扰与载荷，均会产生零部件的加工误差。.1.2位移响应重构方法的研究进展在过去的十年中，结构动态响应重构已经受到了广泛的关注。为了监测系统结构的运行状态，我们需要准确的得到结构关键区域的系统响应。通过文献调研我们发现有几种类型的方法用于结构动态响应重构，一种是基

4、于传递(transmissibilityconcept)的概念，一种是基于经验模式分解（empiricalmodedeposition,EMD)与结构有限元建模（finiteelementmodeling，FEM)方法，还有一种就是利用测得的加速度数据来重构系统的动态响应。在过去几年中，定义了两种不同的传递概念。第一种是由Riberia等提出的是在频域中已知响应函数与未知响应函数之间的传递矩阵，通过传递矩阵我们可以利用已知位置的动态响应得到结构任意位置的响应，他们把这种类型的传递称为全局传递（globaltransmissibility)或者多变量

5、传递（multi-variabletransmissibility)；另外一种传递的概念是由Devriendt和Guillaume提出来的，定义为一个响应谱与一个单参考响应谱之间的传递率，这种传递的概念又被称为局部传递（localtransmissibility)或者标量传递（scalartransmissibility)。这两种传递的概念只有全局传递被用于结构响应重构，它的基本思想就是根据传递矩阵与可测量位置的响应得到任意期望得到的结构响应，但是为了应用传递的概念重构结构响应，我们需要知道力或者力矩在结构上所施加的具体位置，这是传递概念用于结构响

6、应重构所存在的不足。第二章基于离散奇异卷积的位移响应重构方法研究2.1引言在工程研究分析中，为了对结构进行健康监测和结构控制，我们需要频繁的测量结构系统的动态响应。在结构系统的动态响应中，动态位移可能包含有很多与结构行为相关的重要信息，而这些信息可以用来对工程结构进行健康监测和结构控制。比如，当一个建筑物经历了较为严重的地震后，我们需要根据结构的位移信息来判断该建筑受到结构损伤的可能性；同样地，对于结构控制来说，为了辨识系统的状态我们需要知道结构实时或者近实时的位移信息。传统的接触式传感器在测量结构的位移时需要固定的参考点。但是，对于大型结构（桥梁

7、或者高大建筑物）来说，参考点的选取非常困难，而且所选参考点在地震过程中是变化的。因此，在这样的情境中运用传统的接触式传感器进行直接的位移测量变得非常困难。相比于位移，加速度的测量相对来说比较方便。因为，我们在进行加速度测量时并不需要选取参考点，而且在市面上有很多可用于测量较宽动态频率的加速度装置。从这个角度上来说，相比于对工程结构进行直接的位移测量，利用测得的结构加速度来重构系统的位移，似乎是一个很好的办法来获取结构的动态响应。本文基于逆问题以及离散奇异卷积法，提出了基于离散奇异卷积法的结构位移重构方法（DSC-FIR)。2.2离散奇异卷积法的研究

8、进展至今，离散奇异卷积法的研究取得了很多的研究成果，并被广泛应用于解决科学和工程领域当中的问题，包括典型工程结构元件的振动