[發明專利]一種隨機動載荷空間分布及統計特征的識別方法

有效

• 申請號: 201710476795.7
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107423487B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 吳邵慶;費慶國;李彥斌;陳強;董萼良
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/15;G06F17/11
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發明公開了一種隨機動載荷空間分布及統計特征的識別方法。本發明的方法包括步驟：S1.開展模態試驗，獲取結構的模態參數，包括固有頻率和模態振型；S2.將結構隨機振動響應利用模態振型展開，獲取結構在模態空間的動響應；S3.利用模態振型展開，將隨空間分布的隨機動載荷投影到模態空間；S4.在模態空間內，由隨機動響應樣本反演隨機動載荷樣本；S5.由模態空間內隨機動載荷樣本及振型函數求解結構上隨機動載荷的空間分布和統計特征。本發明能夠解決在時域內利用實測結構動響應樣本識別結構上隨機動載荷的統計特性和分布特征問題，為服役于分布式隨機動載荷環境下的工程結構設計與安全評估提供準確可靠的動載荷信息。

技術領域：

本發明涉及一種隨機動載荷空間分布及統計特征的識別方法，屬于結構動力學反問題技術領域。

背景技術：

工程結構上的動載荷信息是結構設計和安全評估的依據。動載荷的獲取方法大體分為直接測量和間接識別兩種。在許多情況下，動載荷難以通過直接測量獲得，一般采用測量結構上的動響應，在結構系統已知的情況下，識別獲得所需動載荷信息。

傳統的動載荷識別方法是利用單次實測的結構動響應數據識別引起該次動響應的激勵信息，是確定性動載荷識別方法。現有的確定性動載荷識別方法被用于獲取工程結構上的集中動載荷，移動載荷以及分布式動載荷等信息。值得注意的是，分布式動載荷識別問題相當于識別無窮多個集中動載荷，難度更大，一般需要將分布式動載荷識別問題降維求解。

實際工程結構上作用的動載荷，如建筑物上的風載荷，海洋平臺承受的海浪載荷以及飛行器表面的氣動載荷等，不僅分布于結構上，而且還具有隨機性。隨機動載荷施加于結構時，動響應也將隨之呈現“隨機性”；因此，單次實測的結構動響應只能是結構隨機動響應信息的其中一個樣本，基于某個響應樣本利用確定性動載荷識別方法獲得的動載荷信息也只能部分反映該隨機動載荷激勵；另外，單次測量中包含的動響應誤差在確定性動載荷識別中也被作為“真實響應”的一部分，引起載荷識別結果的偏差。針對此類分布式隨機動載荷的識別問題，傳統的確定性分布動載荷識別方法和適用于集中隨機動載荷的識別方法均無法使用，需要發展一種針對分布式隨機動載荷識別的新方法，有實測結構動響應樣本識別隨機動載荷的空間分布和統計特征。

發明內容

本發明的目的是提供一種隨機動載荷空間分布及統計特征的識別方法，解決在時域內利用實測結構動響應樣本識別結構上隨機動載荷的統計特性和分布特征問題，為服役于分布式隨機動載荷環境下的工程結構設計與安全評估提供準確可靠的動載荷信息。

上述的目的通過以下技術方案實現：

一種隨機動載荷空間分布及統計特征的識別方法，該方法包括如下步驟：

S1.開展模態試驗，獲取結構的模態參數，包括固有頻率和模態振型；

S2.將結構隨機振動響應利用模態振型展開，獲取結構在模態空間的動響應；

S3.利用模態振型展開，將隨空間分布的隨機動載荷投影到模態空間；

S4.在模態空間內，由隨機動響應樣本反演隨機動載荷樣本；

S5.由模態空間內隨機動載荷樣本及振型函數求解結構上隨機動載荷的空間分布和統計特征。

所述的隨機動載荷空間分布及統計特征的識別方法，步驟S2中所述的將結構隨機振動響應利用模態振型展開，獲取結構在模態空間的動響應，具體步驟為：

S21：利用多次重復測量方式獲取隨機振動響應的樣本集合：

在結構上(x₁,x₂,…x_n)位置處第r次測量獲取位移響應樣本向量W_r表示為：