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1、力学进展,2015年,第45卷:201502动载荷的识别方法杨智春y贾有西北工业大学航空学院结构动力学与控制研究所,西安710072摘要大多数情况下,作用在工程结构上的动载荷,如高性能战斗机在大攻角机动飞行时作用在垂尾结构上的抖振载荷,是无法直接测量的,只能通过测试结构在动载荷作用下的动态响应来识别出结构的动载荷.首先阐述了动载荷识别的基本原理,然后根据结构模型的特点,将动载荷识别方法分为确定性结构的动载荷识别方法和不确定性结构的动载荷识别两大类,对近些年国内外学者在这两方面的研究进展进行述评,最后针对目前动载荷识
2、别方法研究中所存在的问题,提出有待深入探讨的课题.关键词动载荷识别,正则化,卡尔曼滤波,人工智能,不确定性中图分类号:O327文献标识码:ADOI:10.6052/1000-0992-14-049收稿日期:2014-07-10;录用日期:2015-02-06;在线出版日期:2015-02-10yE-mail:yangzc@nwpu.edu.cn引用方式:杨智春,贾有.动载荷的识别方法.力学进展,2015,45:201502YangZC,JiaY.Theidenti¯cationofdynamicloads.Adva
3、ncesinMechanics,2015,45:201502°c2015《力学进展》版权所有30力学进展第45卷:2015021引言随着科学技术的不断发展,工程结构设计得越来越精细,为了确保所设计结构的可靠,设计人员需要准确知道作用在结构上的外载荷.一般来说,结构所承受的静态外载荷是比较容易预估的,而在对受动载荷作用的结构进行动强度校核时,除了考虑动载荷的幅值,还必须考虑动载荷的频率特性.当动载荷的频率范围覆盖结构的共振频率时,结构会因共振而引起结构振动疲劳问题.因此在进行大多数的工程结构设计时,不仅要考虑其设计静
4、载荷,而且还必须考虑动载荷的影响,以避免其发生振动疲劳失效.在多数情况下,受技术条件或工作环境的限制,作用在结构上的动载荷难以直接测量甚至无法测量.例如,火车车轮与铁轨之间的接触载荷、柴油机工作时曲轴所承受的轴承载荷、高层建筑物所受到的脉动风载荷、飞机飞行中由于翼面上气流分离所产生的抖振载荷等(图1).相对而言,结构在动载荷作用下的动态响应是比较容易测试.为此,科研人员为这些难以直接测量的动载荷提供了一种间接的确定方法
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6、动载荷识别方法,即通过结构在动载荷作用下产生的振动响应(应变、位移、加速度)来对动载荷进行预计
7、.动载荷识别方法的提出和发展为工程结构的动强度设计以及振动疲劳特性的评估提供了基础.按照结构动力学理论,动载荷识别问题属于结构动力学的第2类反问题,它是根据结构在动载荷作用下的振动响应(应变、位移、加速度)和系统的特性参数(固有频率、振型、阻尼比等)来确定动载荷的过程.动载荷的识别流程如图2所示.动载荷识别方法最早是20世纪70年代中期,在航空领域中被提出来的(Bartlettetal.1979),当时为了能够更准确地了解飞机飞行过程中的受载情况,飞机设计工程师将动载荷识别纳入到飞机的载荷设计工作中.经过几十年的不
8、断发展,动载荷识别方法已经有了长足的进步,国内外一些学者先后对动载荷识别方法的研究现状进行了总结研究(Wang2002,瞿伟廉等2004,Yuetal.2007,Uhl2007,郭荣等2013,周盼等2014,Sanchezetal.2014).Wang(2002)对作用在结构上的谐波载荷和冲击载荷的识别方法进行了介绍,将其分为直接法和优化法,给出了这2种识别方法的计算流程,并给出了用优化方法识别结构上冲击载荷大小和位置的目标函数,指出了解决这些优化问题时需要注意的一些问题.瞿伟廉等(2004)将动载荷识别方法分为
9、频域法、时域法、时间有限元法、逆系统法、神经网络法、小波正交算子变换法,并分别介绍了这些方法的优缺点和适用范围,讨论了影响动载荷识别精度的因素.Yu等(2007)对桥梁上移动载荷的识别方法进行了综述,重点介绍了InterpretiveMethodI,InterpretiveMethodII,TimeDomainMethod和FrequencyTimeDomainMethod4种方法.为了对这4种方法的识别结果进行比较研究,文中通过一系列试验来分析不同参数对移动载荷识别精杨智春,贾有:动载荷的识别方法31abcddα
10、=30。Fence-offt=0.5750s图1工程结构所受的动载荷(Uhl2007,HosseiniFouladietal.2009,吴天河等2012,党学会2010).(a)火车轮轨的接触载荷,(b)曲轴的轴承载荷,(c)高层建筑的风载荷,(d)飞机上的抖振载荷ⶹࡼ䕑㥋᭄ᄺᓎᎹ㒧ᵘ㒧ᵘࡼડᑨ䕑㥋䆚߿ൟ䆚߿ⱘࡼ䕑㥋䕑㥋䆚߿ᮍ⊩图2动载荷识别的流程3
