[发明专利]一种基于谱随机有限元模型的随机动载荷识别方法

说明书

本发明公开了一种基于谱随机有限元模型的随机动载荷识别方法。本发明的方法包括步骤：S1、对含不确定性参数的结构开展同工况下多次模态试验，建立不确定性系统的谱随机有限元模型；S2、测量随机动载荷作用下含不确定性参数结构的随机动响应样本；S3、利用随机动响应样本均值识别结构上所受随机动载荷的均值；S4、利用识别的随机动载荷均值求解仅考虑系统参数不确定性时的结构随机动响应协方差；S5、计算仅考虑动载荷随机性引起的随机动响应协方差的近似值；S6、识别获取随机动载荷的统计特征。本发明能够同时考虑了动载荷和系统参数的不确定性，利用实测结构动响应样本，识别结构系统上作用随机动载荷的统计特征。

技术领域：

本发明涉及一种基于谱随机有限元模型的随机动载荷识别方法，属于动载荷间接识别技术领域。

背景技术：

工程结构所受动载荷对结构的设计和安全评估至关重要。很多情况下，一些工程结构所受外部载荷难以通过直接测量的方法获取，如飞行器飞行过程中所受气动载荷、海洋平台所受风浪载荷，行驶车辆上车轮与地面的接触载荷等，因此，利用结构上实测动响应来间接获取动载荷信息成为一种被广泛采用的技术，也称为动载荷间接识别技术。

目前的动载荷间接识别方法主要可分为频域法、时域法和人工智能方法等，频域法是利用频域内动响应频谱(或功率谱)，结构频响函数和动载荷频谱(或功率谱)三者之间的关系，由动响应频谱(或功率谱)识别动载荷频谱(或功率谱)的方法；而时域法则是利用时域内结构动响应为系统和动载荷的卷积，利用实测动响应时间序列直接识别动载荷时间序列的方法；人工智能方法一般是利用样本训练建立结构系统的替代模型，以实测动响应与模型预测动响应之差最小为优化目标，通过寻找作用在结构上的动载荷最优解来识别动载荷的方法。现有的动载荷间接识别方法一般都假设结构系统的动力学模型足够准确，不存在或只有很小的不确定性，即动载荷识别都局限于确定性结构上，无法考虑结构系统参数的不确定性。然而，在实际的工程中，由于制造或测量上的误差以及材料本身工艺引起的离散性等，结构系统参数很多时候并不适合用一个确定的数值来描述，不考虑系统参数的不确定性将会引起动载荷识别结果的误差甚至错误。因此，本发明提出一种基于谱随机有限元模型的不确定性动力学系统上随机动载荷识别方法，利用谱随机有限元模型模拟含不确定性参数的动力学系统，能够利用实测结构动响应样本，识别结构系统上作用随机动载荷的统计特征，具有重要的理论及应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于谱随机有限元模型的随机动载荷识别方法，该方法能够同时考虑了动载荷和系统参数的不确定性，利用实测结构动响应样本，识别结构系统上作用随机动载荷的统计特征。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种基于谱随机有限元模型的随机动载荷识别方法，包括以下步骤：

S1、对含不确定性参数的结构开展同工况下多次模态试验，建立不确定性系统的谱随机有限元模型；

S2、测量随机动载荷作用下含不确定性参数结构的随机动响应样本，并计算随机动位移、随机速度和随机加速度响应的均值，分别表示为和

S3、利用随机动响应样本均值识别结构上所受随机动载荷的均值

式中，M₀、C₀和K₀分别为不确定性结构参数取均值时的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，结构的阻尼采用瑞利阻尼；

S4、利用识别的随机动载荷均值求解仅考虑系统参数不确定性时的结构随机动响应协方差；

S5、计算仅考虑动载荷随机性引起的随机动响应协方差的近似值；

S6、识别获取随机动载荷的统计特征。

所述的基于谱随机有限元模型的随机动载荷识别方法，步骤S1中所述的建立不确定性系统的谱随机有限元模型的具体方法是：