基于模态分析法的结构动载荷识别研究

发布时间：2020-05-03 12:22

【摘要】： 基于模态分析法的结构动态载荷识别技术是根据已知结构的动态特性和实测的结构动力响应，来反求系统所受到的动态载荷。载荷识别技术为那些无法直接测量载荷的结构系统提供一种识别动态载荷的有效方法。本文主要探讨了频域载荷识别法中的频响函数直接求逆法识别载荷的原理和方法。 首先介绍了基于坐标变换和模态叠加原理的多自由度系统振动的模态分析法，导出了比例阻尼模型下结构频响函数的表达式。 本文构造了基于Mindlin假设的任意四边形板／壳单元和空间杆单元组合的加筋板／壳单元，用于分析结构的动态特性。采用非等参插值的方法避免了Mindlin板／壳单元用于分析薄板／壳结构时固有的剪切锁死问题，数值算例结果表明，该单元对与薄板和厚板均给出了精确的解。同时，为了避免在用板单元拟合壳体时在结构扁平处极易出现的总刚度矩阵奇异，在面内引入带旋转自由度参数。针对Mindlin板单元在计算结构的固有频率时偏高的缺陷，本文提出在形成Mindlin板单元质量阵时将剪应变看作等效的转角项计入系统的动能中，使Mindlin板的质量阵中包含了剪切变形的影响，从而提高了结构频率的计算精度。 结构动态载荷识别的方法主要有频域法和时域法两大类，本文主要对频域法中的频响函数直接求逆法的基本原理进行了介绍。通过对结构频响函数矩阵的特性的分析，从理论上分析载荷识别精度的影响因素，提出了提高载荷识别精度的措施。通过计算机仿真实验分别讨论了模态叠加阶数、响应测点数、测点位置变化和载荷位置是否已知对载荷识别精度的影响，得出了一些定性的结论。 最后，以四边简支矩形板为模型，进行了模态实验和简谐激励下的响应实验。通过实验验证了本文计算程序的正确性，，通过实验识别的结构阻尼和实测的响应，进行了载荷识别，并与实际载荷作了比较。
【图文】：

3毫米和5毫米。实测的厚度为3.14和4.80毫米。理论计算和实验时均采用相同的网格划分，如图4一1所示。4.1.2实验仪器及实验方法实验中所用的仪器有:力锤、力传感器、加速度传感器、电荷放大器、数据采集仪和分析仪。实验时，力锤的力信号由力传感器测量，加速度已已二l二荟荟...1自…钾钾二二，.……甲甲………，，已二!二二...‘1.……1111111口县县...二.1口.〔〔，，，.，任.卜卜....…，lll---~一月宁-一.，--一卜~一一下一~~

与激励点的加速度频率响应曲线，。然后通过换算将加速度响应换算为位移响应。激励频率从30HZ到220Hz按不等间距扫描，在结构的固有频率附近适当加密。各测点对17号点的位移频响曲线如图4一7所示。实验时各激励频率下激振力的大小以及各点的响应见附表1。各点对17号点的位移频率响应曲线ao日047.0E-046.OE045.0E-以4.0E-043.OE-04205041.0E-040.0曰毛C三一---·…32号点—47号点八

本文编号：2647518