[發明專利]一種基于多源不確定性的結構分布式動態載荷識別的方法

有效

• 申請號: 201810360768.8
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108846149B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 王磊;劉亞儒;劉易斯
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 楊學明;盧紀

本發明公開了一種基于多源不確定性的結構分布式動態載荷識別的方法，該方法考慮結構的不確定性參數，基于時域內的載荷識別方法，并結合正交多項式與TIAM算法對結構的分布式動態載荷進行識別。該方法首先基于時域法建立確定性結構的分布式動態載荷識別模型，并利用正交多項式逼近動態分布載荷；其次將結構的不確定性參數以區間來定量化描述，并利用TIAM算法將不確定結構的動態載荷識別問題轉換為兩類確定性問題，從而最終得到不確定性結構所受動態載荷的上、下界值。

技術領域

本發明涉及結構動力學反問題技術領域，具體涉及一種基于多源不確定性的結構分布式動態載荷識別的方法。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，現代工程對結構的振動可靠性提出更高、更嚴格的要求。無論是工程結構的動響應分析、動強度分析，還是結構的優化設計等等，都依賴于結構所承受的動載荷。動載荷也即振動過程中的振動源，是起始輸入參數，是各種振動產生的源泉。振動源的獲取，即結構所受動態載荷的確定顯得愈來愈重要，只有提供準確可靠的載荷，才有可能應用各種先進的方法，確保工程結構可靠性和安全性。

從理論上講，動載荷的獲取可以是多方面的，確定結構動載荷的方法主要有直接測量法和間接識別法。直接測量法是在載荷的傳遞路徑上安裝傳感器，直接測定載荷本身或通過測量與載荷有關的參數確定載荷的大小，如在飛行器的外板布置壓力傳感器可以直接測量氣動載荷的脈動壓力值。直接測量法數據處理比較簡單且非常直觀，但也有很多明顯的缺點，如載荷作用位置和方向的多變給傳感器的布置帶來相當大的困難。在實際工作過程中，特別是對一些復雜工作環境，結構可能承受強風、水流、地震以及波浪等各種動分布載荷的作用，如火箭在飛行過程中所受的推力，這種情況下，結構所承受的載荷很難直接測量甚至無法直接測量。鑒于上述情況，自然寄希望于尋求一種間接的方法，于是便產生了動態載荷識別技術，即通過對測量相對容易和準確的結構動響應(位移、速度、加速度或應變等)的測量，根據已知的結構動態特性，識別作用在結構上的動態載荷。

此外，對于一般工程實際，結構動響應的測量過程中會存在許多不確定因素，既包括工程結構加工、制造、安裝誤差、材料性能離散性、建模誤差等在內的靜態不確定性，又包括儀器測量誤差、信息傳輸干擾等在內的動態不確定性，這使得動態載荷識別問題成為不確定性問題，建模過程中的不確定性參數主要包括測量信息、結構參數、幾何屬性、動態載荷作用點與作用方向、初始條件和邊界條件等。

載荷識別的最初研究開始于二十世紀七十年代的軍事、航空領域，此后經過幾十年的研究，載荷識別技術主要發展了頻域法與時域法兩大類方法，這兩種經典的方法長期在實踐中接受檢驗，至今被沿用。頻域法識別動態載荷的研究開始較早，理論也較成熟，頻域法是依據系統的傳遞函數矩陣與響應譜的關系來確定動態力譜，或經模態坐標變換后計算模態力在頻域內的動態特性。時域法是根據載荷和響應之間的復雜卷積關系進行反分析，直接在時域內反演動態載荷的時間歷程，不需經過傅立葉變換，所得結果直觀，近年來時域法的研究也有了很大的發展。此外，近幾年還有神經網絡、小波分析等新概念的引入。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：本發明提供了一種基于多源不確定性的結構分布式動態載荷識別的方法。該方法基于時域內載荷識別方法，并且結合正交多項式與TIAM(基于泰勒展開的區間分析方法)算法，得到考慮不確定性的結構所受分布式動態載荷的上、下界值。該方法可用于結構存在不確定性參數，僅能獲取不確定性參數上、下邊界且參數的不確定度較小的情況。同時，該方法的計算量較小，能夠高效實現分布式動態載荷上、下界值的確定。

本發明采用的技術方案為：一種基于多源不確定性的結構分布式動態載荷識別的方法，該方法主要包括如下步驟：

第一步：應用正交多項式擬合結構分布式動態載荷，建立結構在時域內的逆向模型，進而得到結構動響應與正交多項式系數之間的聯系，利用結構上有限測點的動響應信息及結構的動態特性實現對正交多項式系數的求取，從而構造完成基于正交多項式展開的確定性結構分布式動態載荷時域識別模型。