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工程结构朝着大型化、精密化方向发展,所受到载荷环境也日趋复杂,对动载荷识别技术的需求也逐渐加大。动载荷的准确识别可以帮助了解环境中外载荷的情况,辅助工程结构设计与强度校核,保证结构的安全与稳定性。 动载荷的获取可以通过直接测量方法和间接识别方法来实现。直接测量法是指采用传感器直接测定载荷自身或者与其相关参数的方法。对于简单结构,这一方法较容易实现;但对于大多数实际结构,直接测量动载荷是困难的,这就需要采用间接方法对外载荷进行识别,此即为动载荷识别技术。 动载荷识别技术的研究可以追溯到上世纪七十年代,并已形成了一些经典理论与算法,总体上可分为频域法与时域法。频域辨识法是指在频域内建立系统逆向频响模型,进而由系统参数和频域响应辨识出动载荷。时域辨识方法主要思想是建立系统输入输出时域逆向模型实现对动态载荷识别。时域法便于工程应用,为在线识别提供了可能。除了以上的频域法和时域法,随着信号处理分析手段和模式识别方法等学科的发展,许多新方法正逐渐成为动态载荷识别的新工具。 本学位论文在国家自然科学基金(11132001,11272202)、航空科学基金(20120157002)和上海市教委科研重点项目(14ZZ021)的资助下,以柔性梁为研究对象开展了动载荷识别技术研究,主要研究内容和成果总结如下: (1)基于Euler-Bernoulli柔性梁模型,开展了一种可分离形式的分布载荷辨识的研究。所采用载荷识别方法的特点是将离散变结构控制与扰动力观测器相结合,前者用于梁的振动控制,后者用于载荷的在线辨识。仿真结果表明,本文的方法能准确识别该类分布动载荷。 (2)基于广义Chebyshev正交多项式,开展了对柔性梁上任意形式的分布式载荷识别技术的研究。将分布式外载荷利用正交多项式展开为级数形式代入到由Duhamel积分表示的系统动力学响应式中,建立系统响应与载荷级数系数之间的矩阵关系,通过矩阵求逆推导出动态载荷。仿真结果表明,基于正交多项式的载荷识别方法能有效地辨识分布外载荷。 (3)基于轴向运动梁模型,开展了柔性梁的横向振动特性和功率谱辨识的研究工作。对简单边界问题,分别采用复模态分析法、Galerkin法和Ritz法将振动微分方程进行离散化,对复杂边界问题,采用有限元法进行建模,开展了横向振动特性和激励功率谱辨识问题的研究。仿真结果表明,对不同边界问题以上方法都能准确地识别激励功率谱。