应用HHT方法识别刚度渐变的线性SDOF体系的动力特性

利用HHT方法分析了刚度随时间线性降低的线性时变SDOF体系的强迫动力响应. 分析结果表明，在规则的输入下，HHT方法所得到的本征模态函数（IMF）和Hilbert谱能够将结构动力响应中的稳态反应部分与瞬态反应部分区分开来：利用描述结构输入特性的稳态反应部分，能够把握输入的某些特征；而利用描述结构自身特性的瞬态反应部分，则能够把握结构自身的动力特性，从而能够将结构刚度的时变特性识别出来. 可以为HHT方法在时变结构动力特性识别中的应用提供一个新的思路.     

应用HHT方法识别刚度突降线性SDOF体系的动力特性

以线性单自由度(SDOF)体系的刚度突降来模拟损伤引起的结构力学性能的变化,利用HHT方法分析了这种体系的强迫动力响应,并将体系动力响应的Hilbert谱与Morlet小波谱所蕴含的物理意义及分辨率特性进行了比较．分析结果表明：在规则的简谐波输入下,结构动力响应的Hilbert谱能够分辨出体系的稳态与瞬态反应,利用瞬态反应,能够识别损伤引起的体系自身动力特性的变化；在不规则的地震动输入下,由于输入的复杂性,Hilbert谱不能够将体系的稳态与瞬态反应分解开来,但是利用体系动力响应Hilbert谱的瞬态能量分布特征定义了一种瞬时卓越频率时程(PIF),其随时间的变化能够在一定程度上描述损伤引起的体系动力特性的变化．     

基于变换空间法的结构参数识别及地震输入反演

针对地震作用下结构参数识别及未知输入反演问题,本研究提出一种仅观测部分自由度绝对加速度响应识别结构参数及反演未知输入的方法.首先,该方法基于变换空间法和最小二乘法,直接识别一层以上的结构阻尼和刚度参数;然后,利用识别得到的模态信息,求解一层刚度参数;最后,将动力方程转变到变换空间内,建立相邻采样时刻地震动输入的相关关系...     

采用解析模态分解和小波变换的损伤识别方法

针对希尔伯特-黄变换(HHT)在信号处理中存在的模态混叠现象,引入解析模态分解定理(AMD)提取时变结构响应的一阶本征函数,并构建一阶本征函数能量比指标识别结构的损伤位置.从损伤位置处的响应信号出发,引入连续小波变换和时间窗思想,提出一阶本征函数小波能量变化率指标来预测结构的损伤演化过程.通过一个刚度突变和线性变化的三层剪切型结构数值算例,对一阶本征函数能量比和一阶本征函数小波能量变化率指标进行验证.结果表明:所提出的指标能够有效识别结构的损伤位置和损伤时间.     

基于小波多分辨率分析的结构时变参数识别

利用小波多分辨率分析将结构的时变参数在多尺度上展开,截断高频细节成分,仅由展开的低频成分来近似描述时变参数(阻尼和刚度),将结构时变参数识别问题转化为时不变小波系数估计问题.基于Akaike信息准则(AIC)来优化确定各时变参数的小波分解层数.分解的小波系数采用最小二乘求解得到,为减小方程的病态问题,对模型进行Tikhonov正则化,然后重构识别出结构的时变参数.建立了一个三层剪切框架时变结构模型验证该方法的有效性.识别结果表明,该方法可以有效识别结构时变参数,时变刚度比时变阻尼识别效果更好,抗噪性更高.     

基于离散小波变换的时变结构物理参数识别

利用离散小波变换将时变结构的时变参数在多尺度上展开为概貌信号和细节信号,忽略高频细节信号,仅由低频概貌信号估计时变参数,将时变结构识别问题转化为时不变结构识别问题。基于时变结构的输入和输出信号用最小二乘法识别低频尺度展开系数,从而重构得到原始时变参数。对于噪音引起的方程不适定性问题,采用Tikhonov正则化方法减小其影响。通过1个具有时变刚度和阻尼的2层框架结构的数值模拟验证该方法的有效性。识别结果表明:该方法可以有效识别结构时变刚度,时变阻尼识别结果对噪音较敏感。     

格构式塔结构刚度突变处损伤识别方法

塔式结构存在着刚度突变现象,导致由损伤带来的刚度变化在该位置往往难以识别.本文提出一种基于动力响应信息截断的格构式塔结构刚度突变处损伤识别方法.针对环境激励下的塔式结构动力响应信息,通过对刚度突变处结构动力响应信息截断,使得原结构分解为两段等刚度部分,消除结构原始刚度突变的影响.并将截断后的动力响应信息区间进行有效延拓,以消除初始动力响应信息区间边界处吉布斯现象的影响.对延拓后的信息区间分别通过小波变换,通过小波细节信息的振荡识别刚度突变处的损伤.本文算例的分析结果验证了该方法法在识别格构式塔结构刚度突变处损伤的有效性.     

基于强震记录的建筑结构动力特性的初步识别

利用喜来登环球旅馆于1994年北岭地震中获得的强地震反应观测记录,初步识别了该旅馆结构恢复力的时变特性,分析了结构刚度在地震过程中的时变规律,并对该结构的表现做出初步解释.喜来登旅馆结构体系在立面上并不是均匀布置,于四层处发生较大改变,导致结构刚度发生变化.从初步识别结果上看,一至三层的刚度明显高于其他各层,三至九层刚度退化得最快,应该是结构刚度突变所致.该工作可作为进一步研究喜来登旅馆这类建筑结构实际抗震性能的基础.     

线性时变系统非平稳响应功率谱密度的小波—伽辽金方法

线性时不变系统平稳随机振动理论的激励与响应功率谱密度关系,对于完全非平稳随机激励下的线性时变系统已不再适用.本文利用广义谐和小波作为展开基,利用伽辽金方法对线性时变系统的动力方程进行求解,得到了确定性响应与激励之间的小波变换关系.随后,基于随机过程时变功率谱密度的小波描述,获得了完全非平稳随机激励下线性时变系统响应与激励功率谱演变密度关系.数值模拟显示了所建议方法的正确性.     

某轿车转向瞬态响应特性仿真分析

根据某型轿车的数模及整车参数,确定了该车拓扑结构,在ADAMS/Car软件中建立了整车虚拟样机模型。参照国标中的转向瞬态响应实车试验方法,在转向盘转角阶跃输入和转向盘转角脉冲输入下,对整车瞬态响应特性进行了虚拟仿真。通过分析仿真结果,预测了该车的转向瞬态响应特性。可知该车在阶跃输入下瞬态响应较好,在脉冲输入下瞬态响应欠佳,可为实车试验及此类问题的设计研究提供参考。并进一步仿真得出了稳态横摆角速度增益的变化曲线,表明该车具有轻微不足转向特性。     

基于小波包和传递比函数的桥梁结构在未知地震作用下的损伤识别

基于结构动力响应进行损伤识别是目前结构健康监测常用的方法.结构动力响应同时包含了结构自身和外激励的信息,而实际工程中的外激励往往难以准确获得,特别是地震作用.因此,仅利用未知地震作用下的结构动力响应进行桥梁结构损伤识别是一项富有挑战性的工作.提出了一种仅基于结构振动响应的数据驱动方法,将小波包能量和传递比函数相结合构建...     

罕遇地震下钢混组合结构损伤时变特性

面向复杂钢混组合结构,依据动力弹塑性时程分析法获得罕遇地震下结构的动力响应,分别利用基于整体法和加权组合法的地震损伤时变模型,研究了罕遇地震下结构的损伤时变特性.考虑到结构刚度和阻尼等参数在计算时必须为常量,而在整个服役期间又具有变量特征,因此将其作为拟变量处理.通过研究一典型钢混组合算例发现:罕遇地震下结构损伤值呈现显著的时变特性,甚至可能超出相应性能限值;刚度变化会引起抗侧向力能力和地震传导能力的改变,使得时变损伤值呈现波动性,其中前者占主导作用.地震作用越大,地震传导能力变化对损伤影响越大,导致时变损伤值波动越显著,结构振动形态也发生显著变化.通过对比服役期内结构时变损伤与不考虑材料时变特性的设计值的差异可以发现,材料的时变特性对于抗震设计和评估的准确性有重要影响.     

基于HHT的结构损伤特征量与异常诊断

Hilbert-Huang Transform(HHT)是一种新的适用于非线性、非平稳信号且具有自适应性的数据处理方法.提出了一种基于HHT的结构损伤识别方法,该方法利用结构动态响应信号的HHT边际谱构造出损伤特征量--模态成分向量,进而定义结构异常指数.通过比较结构同一位置不同状态下模态成分向量的匹配度来识别结构特性变化,实现损伤辨识.数值模拟分析表明,该方法具有有效性和实用性.     

线性的变振动系统动力学方程的一类解法——区间状态转移矩阵逼近算法

依据线性时变微分方程组理论,以时间离散化数值解来逼近相应解析解的方式,在首次放弃将系统在一系列小区间内假定为时不变的前提下,提出了一种建立在线性时变振动系统动力学方程系数矩阵运算基础上的区间状态转移矩阵逼近算法。该算法不仅解题规模小,计算效率高,而且理论依据充足,数值计算可靠,既可用于一般线性时变振动系统的瞬态响应分析,又可用于周期系数线性振动系统的稳态响应求解和动态特性研究,具有很好的适用性。     

基于HHT方法的时变多自由度系统的参数识别

将HHT(Hilbert-Huang transform)方法与数学规划方法相结合,用于时变多自由度系统的参数识别.把响应信号如加速度信号通过一个窗函数,得到要研究的某阶模态成分,然后通过经验模态分解(EMD)把通过窗函数的信号分解成各个本征模函数(IMF),对分解出来的IMF进行希尔伯特变换得到该阶模态的瞬时频率,以待识别的刚度或质量参数作为设计变量,极小化计算得到的频率与瞬时频率之差的平方和.对应该平方和最小的刚度或质量值即为选定时刻识别得到的刚度或质量参数值,并进行了数值仿真.     

用系统识别方法确定结构的线性参数

在同济大学4×4m双向模拟地震振动台上对两跨钢框架进行了动力试验。本文研究利用系统识别对试件的线性特性进行参数识别。根据振动台台面再现的地震记录——水平双向输入波和试件相应的反应时程测量数据,用单纯形的参数估计方法对试件的质量、偏心率、刚度以及周有频率等参数在时域中进行识别。本文还闸明单纯形法的基本原理和参数识别的主要步骤。     

斜拉网格结构的弹塑性动力响应分析

针对斜拉网格结构体系的弹塑性动力响应问题,阐明斜拉索非线性特性,建立索塔塔柱刚度矩阵,研究空间杆单元恢复力模型及其弹塑性状态转换判定方法,给出临界点处的处理方法和结构弹塑性动力响应的计算策略,数值分析该类结构动力特性及线性和弹塑性振动问题,结果显示,斜拉索的存在提高了结构刚度,可显著改变结构振动特性,竖向地震响应明显大于水平向地震响应,弹塑性位移、内力均大于弹性计算结果。     

钢屋架瞬态动力响应的弹性波分析

介绍了杆系结构动力响应的弹性波分析的方法——回传波射矩阵法 ,并将其应用于受阶跃函数加载的钢屋架的瞬态响应分析 .与有限元法进行比较 ,结果表明 ,用弹性波方法所得到的动态响应含有丰富的高频分量 ,能更精确地描述结构的瞬态动力过程     

考虑连接界面局部非线性的动力学分析方法

连接界面上存在的多尺度、多物理场等复杂行为是引起结构阻尼和刚度非线性的主要原因。针对连接界面上典型的刚度软化、迟滞非线性行为,采用Iwan模型模拟连接结构进行力学建模,并推导了含有非线性连接的动力学微分方程。然后,采用时频交替方法求解非线性动力学方程在周期性激励作用下的稳态响应,并与数值积分方法计算的响应进行对比,最后研究了不同激励频率对连接界面非线性特性的影响。结果表明:Iwan模型能够较好地描述连接界面的刚度软化、迟滞特性,时频交替方法能够更加快速精确地求解非线性系统的稳态响应,随着激励频率的增加,位移响应最大值减小,迟滞曲线面积也相应减小。     

聚氨酯弹性体粘弹本构建模

研究了聚氨酯弹性体材料在压缩变形时的率相关特性.根据不同压缩应变率下的响应特性,确定了材料的瞬态响应,利用多步松弛试验确定了材料平衡响应.通过瞬态响应和平衡响应研究材料瞬态模量和平衡模量之间的关系,发现随压缩应变其变化趋势是一致的,可利用最小二乘法确定两者的差值.用五项Mooney-Rivlin应变能函数分别对材料的瞬态响应和平衡响应建模,用Prony级数所表示的松弛函数建立线性粘弹模型.通过瞬态响应、平衡响应和单步松弛确定材料的松弛强度和松弛时间.将非线性超弹模型和线性粘弹模型相结合,建立了聚氨酯弹性体材料的非线性粘弹本构模型.通过对所建模型的数值解与试验结果的比较,证明所建立的非线性粘弹本构模型能很好地描述聚氨酯弹性体材料在压缩时的力学特性.