[發(fā)明專利]一種自由振動(dòng)位移響應(yīng)驅(qū)動(dòng)的航天器結(jié)構(gòu)非線性特征檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010047096.2
• 申請(qǐng)日: 2020-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN111259328B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 費(fèi)慶國(guó);曹芝腑;姜東;靳慧;杭曉晨;朱銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/16
• 分類號(hào): G06F17/16;G06K9/62
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運(yùn)紅

本發(fā)明提供了一種自由振動(dòng)位移響應(yīng)驅(qū)動(dòng)的航天器結(jié)構(gòu)非線性特征檢測(cè)方法，步驟如下：(1)在待檢測(cè)的含有鉸鏈的航天器結(jié)構(gòu)上施加不同的初始位移，并提取結(jié)構(gòu)在自由振動(dòng)狀態(tài)下的實(shí)測(cè)位移動(dòng)響應(yīng)；(2)對(duì)第一次初始位移下的結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)位移響應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模態(tài)分解，得到結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的特征值；(3)分解得到的動(dòng)態(tài)模態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的特征值，對(duì)第二次放大的初始位移條件下的位移動(dòng)響應(yīng)重構(gòu)，并與實(shí)測(cè)的第二次放大的初始條件下的位移動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行差異性分析，檢測(cè)結(jié)構(gòu)非線性的存在。對(duì)含有鉸鏈的航天器結(jié)構(gòu)中非線性特征是否存在的檢測(cè)問題，直接利用結(jié)構(gòu)在自由振動(dòng)狀態(tài)下的位移響應(yīng)，可以有效地判斷航天器結(jié)構(gòu)中是否存在非線性特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于非線性結(jié)構(gòu)識(shí)別領(lǐng)域，尤其涉及一種基于自由振動(dòng)位移響應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的非線性檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著航天器結(jié)構(gòu)向著大尺寸發(fā)展，航天器結(jié)構(gòu)的形式也越來(lái)越多樣，所表現(xiàn)的動(dòng)力學(xué)特征也更為復(fù)雜。如何從航天器結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)中判斷結(jié)構(gòu)是否存在非線性特征，是影響建立航天器結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確的分析模型的關(guān)鍵問題之一。主要的原因是，非線性的存在使得航天器結(jié)構(gòu)的分析方法更為復(fù)雜，使得航天器的動(dòng)力學(xué)行為具有難以預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。而檢測(cè)航天器結(jié)構(gòu)中非線性的存在，有助于定性判斷與定性分析航天器的動(dòng)力學(xué)行為。如何檢測(cè)航天器結(jié)構(gòu)中是否存在非線性特征，已成為亟待解決的實(shí)際工程問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種自由振動(dòng)位移響應(yīng)驅(qū)動(dòng)的航天器結(jié)構(gòu)非線性特征檢測(cè)方法，能夠有效地檢測(cè)航天器結(jié)構(gòu)中是否存在非線性特征，具有實(shí)際工程意義。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種自由振動(dòng)位移響應(yīng)驅(qū)動(dòng)的航天器結(jié)構(gòu)非線性特征檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟：

(1)在待檢測(cè)的含有鉸鏈的航天器結(jié)構(gòu)上施加不同的兩次初始位移，并提取結(jié)構(gòu)在自由振動(dòng)狀態(tài)下的實(shí)測(cè)位移動(dòng)響應(yīng)；

(2)對(duì)第一次初始位移下的結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)位移響應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模態(tài)分解，得到結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的特征值；

(3)利用分解得到的動(dòng)態(tài)模態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的特征值，通過對(duì)第二次放大的初始位移條件下的位移動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行重構(gòu)，并與實(shí)測(cè)的第二次放大的初始條件下的位移動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行差異性分析，從而檢測(cè)結(jié)構(gòu)非線性是否存在。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，在待檢測(cè)的含有鉸鏈的航天器結(jié)構(gòu)上施加不同的初始位移，并提取結(jié)構(gòu)在自由振動(dòng)狀態(tài)下的實(shí)測(cè)位移動(dòng)響應(yīng)，具體步驟包括如下步驟：

(1.1)針對(duì)含有鉸鏈的航天器結(jié)構(gòu)，施加不同量級(jí)的初始位移條件u₁和cu₁，其中，u₁為初始位移向量，c為放大因子，通常取10～50；

(1.2)利用位移測(cè)量計(jì)測(cè)量待檢測(cè)結(jié)構(gòu)在(1.1)初始位移條件下的自由振動(dòng)實(shí)測(cè)位移動(dòng)響應(yīng)X₁和X₂，其中，X₁為初始位移u₁下的位移動(dòng)響應(yīng)，X₂為初始位移cu₁下的位移動(dòng)響應(yīng)。

進(jìn)一步的，步驟(2)中，對(duì)第一次初始位移下的結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)位移響應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模態(tài)分解，得到結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的特征值，具體步驟包括如下步驟：

(2.1)利用初始位移u₁下的結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)位移響應(yīng)，構(gòu)造如下位移向量X′₁和X″₁：

其中，表示在第l次測(cè)量時(shí)，第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)在第m時(shí)刻的位移，t_m表示第m時(shí)刻，M為測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的總數(shù)；

(2.2)對(duì)位移向量X₁′進(jìn)行奇異值分解：