论文题目: 结构动力学系统时域辨识理论与试验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 谢献忠
导师: 易伟建
关键词: 系统辨识,时域,信息不完备,复合反演,子结构法,正则化方法,信号去噪,混凝土框架结构
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 结构动力学系统时域识别是当前土木工程领域的一个前沿研究课题,与高效率高精度的信号采集和分析仪器相结合,基于动力测试的系统识别技术正逐步成为工程结构健康检测的重要手段。由于工程结构动力响应信息的不完备性、激振源的不确定性以及反问题的不适定性等因素的影响,传统的动力学系统识别理论和方法很难直接应用于实际工程结构的动力检测。基于上述考虑,本文主要进行如下几方面的研究工作: 1.非完备输入信息下的结构时域辨识研究。将不同环境激励所具有的力学性质作为辅助修正条件引入到结构物理参数识别的迭代过程中,构造了多种复合反演算法。本文提出的分解算法、改进的全量补偿法比原算法具有更好的计算效率和稳定性。在统计平均算法的基础上推广的周期统计平均算法初步解决了旋转机械周期激振力作用下的结构参数识别及荷载反演问题。从整体分析和单元分析两个层面,探讨了输入信息的完备性与单元物理参数的可识别性之间的关系,研究表明,当未知激励较多且分布密集时,部分单元的物理参数是不能被识别的。 2.非完备响应信息下的结构时域辨识研究。在充分利用有限单元法组集规律的基础上,建立通用的子结构动力方程及其参数识别方程,并通过对子结构边界结点(单元)、内部结点(单元)以及外部结点(单元)的合理界定,为子结构响应信息的完备性、参数的可识别性提供清晰、直观的科学判据。同时指出,在划分子结构时,对未知荷载的合理分布、子结构边界是否交错等问题要给予充分的考虑。子结构方法不仅克服了测点不足、响应信息不完备的困难,而且极大的提高了参数的识别效率。将子结构技术与复合反演算法结合,较好的解决了有限测点条件下的结构参数辨识及荷载反演问题。 3.时域识别方程的病态与正则化方法研究。借助于反应矩阵条件数和数值秩的概念,对识别方程的病态及其影响因素进行理论分析和数值研究。结果表明,结构类型、载荷位置是影响方程性态的主要因素。为了减少识别方程的病态对参数识别结果的影响,对Tikhonov正则化方法在结构参数识别中的具体应用进行研究。研究表明,将参数预估值作为正则化约束条件是一种非常好的选择。阻尼最小二乘法并不是真正意义上的正则解,其参数识别结果仍然对测试噪声很敏感,本文分析了阻尼最小二乘法在病态非线性参数识别问题求解中存在的缺陷,并提出相应的解决问题的方法。 4.信号去噪理论与方法研究。在充分考虑线性动力系统的时域响应特性以及小波包分析的频率空间剖分特性的基础上,提出了一种基于虚拟响应信息提取的信号去噪新方法。虚拟响应虽然没有在结构动力检测过程中真实发生,但却是在
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1．1 前言
1．2 结构动力学系统辨识
1．2．1 理论辨识模型
1．2．2 参数识别
1．3 结构系统时域辨识研究现状
1．3．1 时域辨识模型及其参数化
1．3．2 输入信息不完备下的参数识别
1．3．3 输出信息不完备下的参数识别
1．3．4 识别方程性态对参数估计的影响
1．3．5 动测试验与信号去噪
1．4 结构系统时域辨识存在的主要问题
1．5 本文的主要工作
第2章 基于反应力向量灵敏度的参数化模型
2．1 引言
2．2 基于反应力向量灵敏度的参数化模型
2．2．1 基于反应力向量灵敏度的模型参数化原理
2．2．2 基于反应力向量灵敏度的参数化建模
2．2．3 相关单元的物理参数融合
2．2．4 非线性参数系统的参数化建模
2．3 数值算例
2．4 小结
第3章 输入信息非完备下结构参数识别
3．1 引言
3．2 部分输入未知的结构物理参数识别
3．2．1 全量补偿法及其改进算法
3．2．2 分解算法
3．2．3 数值算例
3．3 周期激励未知的结构物理参数识别
3．3．1 周期统计平均算法
3．3．2 数值算例
3．4 输入向量对结构参数识别的影响
3．4．1 零输入与平凡解
3．4．2 部分输入未知与参数的可识别性
3．5 小结
第4章 响应信息非完备下结构参数识别
4．1 引言
4．2 子结构参数识别
4．2．1 子结构动力方程
4．2．2 子结构参数化辨识方程
4．2．3 子结构的划分
4．2．4 数值算例
4．3 基于积分算子变换的响应信息重构
4．3．1 变换空间内的动力方程
4．3．2 积分算子变换的递推公式
4．4 结构转角信息的重构
4．4．1 静力凝聚-广义逆法
4．4．2 平动反应曲线拟合法
4．5 小结
第5章 识别方程的不适定性与正则化方法
5．1 引言
5．2 识别方程的不适定性
5．2．1 超定识别方程的最小二乘解
5．2．2 最小二乘解的扰动分析与反应矩阵的条件数
5．2．3 反应矩阵的数值秩
5．2．4 反应矩阵性态的影响因素分析
5．2．5 非线性参数识别方程的不适定性
5．3 Tikhonov正则化方法
5．3．1 镇定泛函的构造
5．3．2 确定正则化参数的L曲线准则
5．3．3 求正则解的数值方法
5．4 数值算例
5．5 小结
第6章 信号去噪理论与方法
6．1 引言
6．2 小波阈值去噪的基本理论
6．2．1 小波函数
6．2．2 小波变换
6．2．3 基于信号奇异性的小波去噪理论
6．3 小波阈值去噪方法
6．3．1 阈值法小波去噪的算法原理
6．3．2 一类可微的阈值函数
6．3．3 基于可微阈值函数的自适应阈值估计
6．4 基于虚拟响应信息提取的信号去噪方法
6．4．1 虚拟响应信息提取的理论依据
6．4．2 基于小波包变换的信号时频滤波
6．5 数值算例
6．6 小结
第7章 混凝土框架模型动力测试与分析
7．1 引言
7．2 混凝土框架模型时域辨识试验研究
7．2．1 混凝土框架结构模型
7．2．2 地脉动加速度信号测试与去噪
7．2．3 变换空间内的虚拟位移、速度和加速度信号
7．2．4 混凝土框架模型时域识别
7．3 基于地脉动加速度信号的模态参数识别的局限性
7．4 小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2006-05-10
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