基于Tikhonov正则化技术的载荷反求方法研究及其应用

发布时间：2017-06-20 05:06

  本文关键词：基于Tikhonov正则化技术的载荷反求方法研究及其应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：动态载荷反求是现代工程设计中亟待解决的一个重要问题。准确的掌握激励载荷信息是工程结构可靠性与安全性设计的基础前提,对结构的参数识别、故障诊断以及疲劳寿命估计等具有重要意义。然而工程实际中,因技术或经济条件的限制,系统所受实际载荷往往很难直接测量,而其响应测量相对容易且准确,因而利用结构动态响应与系统信息进行动态载荷反求是一种重要的间接获取激励载荷手段。本文以传统Tikhonov正则化载荷反求法为基础,提出一种改进的迭代优化载荷反求法,将虚拟有限元与模型减缩技术应用于迭代反求过程中的动响应求解,在保证求解精度的前提下,提高载荷迭代反求的计算效率。利用本文提出的载荷优化反求法,结合一种有限元模型减缩及刚柔耦合的整车简易模型,提出一种路面激励反求思路。具体如下:(1)提出一种基于Tikhonov正则化技术的迭代优化载荷反求法。在噪声水平较高的情况下,传统Tikhonov正则化反求法在反求过程中往往表现出过度平滑的副作用,影响反求精度。对此,本文采用迭代的思想,通过响应误差补偿逐步修正载荷信号,使系统的响应逼近于期望响应信号,最终精确反求出载荷信号。理论分析与数值算例表明,该方法相对于传统Tikhonov方法,在保留良好抗噪特点的同时,提高了峰值载荷处的反求精度,整体反求精度更高。(2)结合虚拟有限元与模型降阶减缩技术,对本文所提出的基于Tikhonov正则化技术的迭代优化载荷反求法进行改进。在对不同的模型减缩方法进行减缩精度等对比分析的基础上,选取合适的减缩技术,对所提取的系统矩阵进行降阶处理,提出一种基于Tikhonov正则化与模型减缩技术的虚拟迭代优化载荷反求方法。该方法能够在保证反求精度的同时,提高工程载荷反求的通用性与计算效率。(3)结合改进的整车动力学模型,应用本文所研究的迭代载荷反求技术进行路面激励反求。用有限元柔性车架代替传统七自由度整车动力学模型的刚性车架,再通过悬架耦合簧下质量,构建刚柔耦合的整车动力学模型。将本文提出的基于Tikhonov正则化与模型减缩技术相结合的载荷反求方法应用于耦合整车模型系统,反求出车辆行驶的路面激励。验证了该方法适用于复杂的整车模型的路面激励反求,具有较强的工程应用价值。
【关键词】：载荷反求 Tikhonov正则化 迭代优化 模型减缩 路面激励
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB21
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 载荷反求技术国内外研究概况12-14
• 1.2.1 频域载荷反求国内外研究现状12-13
• 1.2.2 时域载荷反求国内外研究现状13-14
• 1.2.3 载荷反求的其他方法14
• 1.3 载荷反求的基本理论14-17
• 1.3.1 频域法载荷反求基本理论15-16
• 1.3.2 时域法载荷反求基本理论16-17
• 1.4 载荷反求目前存在的问题17-18
• 1.5 本文主要研究目的与研究内容18-21
• 1.5.1 研究目的18
• 1.5.2 研究内容18-21
• 第2章 载荷反求的Tikhonov正则化方法21-35
• 2.1 时域内载荷反求正问题建立22-23
• 2.2 动态载荷反求问题的不适定性分析23-24
• 2.2.1 不适定问题的定义23
• 2.2.2 动态载荷反求问题的不适定性分析23-24
• 2.3 Tikhonov正则化方法基本理论24-26
• 2.3.1 时域内Tikhonov正则化方法24-25
• 2.3.2 频域内Tikhonov正则化方法25-26
• 2.4 最佳正则化参数选取方法26-27
• 2.5 数值算例27-33
• 2.5.1 正弦波激励载荷反求28-31
• 2.5.2 其他不同载荷形式多源动态载荷反求31-33
• 2.6 本章小结33-35
• 第3章 基于Tikhonov正则化的迭代优化载荷反求法35-46
• 3.1 基于Tikhonov正则化技术的迭代优化反求法的基本理论35-39
• 3.1.1 算法理论35-36
• 3.1.2 收敛准则36-37
• 3.1.3 迭代基本流程37-39
• 3.2 长时间历程响应信号的反求处理39
• 3.3 数值算例39-45
• 3.3.1 单源激励载荷反求40-43
• 3.3.2 多源激励载荷反求43-44
• 3.3.3 长时间历程响应信号分段处理反求44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 虚拟模型减缩在迭代优化反求中的应用46-65
• 4.1 有限元技术概述46-47
• 4.2 模型减缩方法基础理论47-50
• 4.2.1 Guyuan减缩法48-49
• 4.2.2 IRS减缩方法49-50
• 4.2.3 模态综合法50
• 4.3 模型减缩技术的算例应用50-59
• 4.3.1 刚度矩阵和质量矩阵的提取51-52
• 4.3.2 主节点选取52-53
• 4.3.3 减缩模型的精确性验证53-59
• 4.4 基于减缩模型的迭代载荷反求算例59-64
• 4.4.1 单元动态载荷激励反求60-62
• 4.4.2 多源动态载荷激励反求62-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 车辆路面激励反求及应用65-75
• 5.1 刚柔耦合车辆模型的建立65-69
• 5.1.1 七自由度整车模型65-67
• 5.1.2 简易刚柔耦合整车模型67-69
• 5.2 路面激励反求69-70
• 5.3 数值算例70-74
• 5.3.1 耦合整车模型减缩前后时域动响应对比70-72
• 5.3.2 路面位移激励反求72-74
• 5.4 本章小结74-75
• 总结与展望75-76
• 参考文献76-81
• 附录A(攻读硕士学位期间发表的论文)81-82
• 致谢82

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本文编号：464609