基于小波形函數(shù)的動(dòng)態(tài)荷載識(shí)別研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)在其服役期的安全評(píng)估和使用狀態(tài)的評(píng)定需要準(zhǔn)確的外部荷載信息為其提供科學(xué)的依據(jù)。受制于技術(shù)或經(jīng)濟(jì)條件，動(dòng)態(tài)荷載通常難以直接測(cè)量，利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)識(shí)別荷載成為獲取外部荷載的重要途徑?；谛魏瘮?shù)和時(shí)域反卷積法的動(dòng)態(tài)荷載識(shí)別方法能有效減少待求量數(shù)目和提高識(shí)別效率，近年來得到了越來越多的關(guān)注。然而在形函數(shù)的選取和離散時(shí)間單元長(zhǎng)度的確定方面還存在一些問題尚待解決。本論文將多尺度小波函數(shù)引入結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)荷載識(shí)別領(lǐng)域，基于時(shí)域反卷積法的基本概念，分別采

2、用拉格朗日小波函數(shù)和三角小波函數(shù)作為形函數(shù)，提出了通過動(dòng)力響應(yīng)和結(jié)構(gòu)模型識(shí)別動(dòng)態(tài)荷載的方法，并通過數(shù)值算例和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)予以驗(yàn)證。主要工作和結(jié)論如下:
　　1.提出了基于拉格朗日小波形函數(shù)的外部荷載識(shí)別方法。將動(dòng)態(tài)荷載時(shí)間歷程在時(shí)域內(nèi)離散化，采用多尺度小波函數(shù)作為基函數(shù)在單個(gè)時(shí)間單元內(nèi)對(duì)其荷載進(jìn)行逼近，在多尺度小波形函數(shù)的基礎(chǔ)上建立荷載-響應(yīng)方程，用以識(shí)別結(jié)構(gòu)外部動(dòng)態(tài)荷載。進(jìn)一步提出同時(shí)提升小波尺度和增加響應(yīng)數(shù)據(jù)來提升荷載-響應(yīng)方程

3、尺度，從而提高荷載識(shí)別精度。簡(jiǎn)支梁和兩層剛架的數(shù)值算例表明該方法能有效識(shí)別動(dòng)態(tài)荷載，隨著荷載-響應(yīng)方程尺度的提高，識(shí)別精度不斷提高。
　　2.針對(duì)前述方法只采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)時(shí)程中有限采樣點(diǎn)信息，個(gè)別采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)誤差都可能導(dǎo)致荷載識(shí)別偏差過大的問題，引入最小二乘法對(duì)時(shí)域單元內(nèi)的所有采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，提高識(shí)別方法的抗噪性能。數(shù)值算例表明，最小二乘法的引入，可以有效降低個(gè)別采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)誤差導(dǎo)致的不利影響。
　　3.為降低荷載-響應(yīng)方

4、程的規(guī)模，提出了基于移動(dòng)時(shí)間窗的概念將動(dòng)態(tài)荷載分段實(shí)時(shí)計(jì)算的方法。用固定長(zhǎng)度的窗口將荷載時(shí)程分解為數(shù)段，在每個(gè)單獨(dú)的窗口內(nèi)進(jìn)行外荷載的識(shí)別工作，考慮到階段誤差和累積誤差的影響，將窗口重疊以抵消誤差帶來的影響，同時(shí)由于窗口長(zhǎng)度相對(duì)于整個(gè)時(shí)程來說是比較短的，因此可以提高識(shí)別效率。數(shù)值算例表明，該方法與形函數(shù)法結(jié)合應(yīng)用，不但降低荷載-響應(yīng)方程的規(guī)模，提高了計(jì)算識(shí)別的效率，而且降低了對(duì)噪音的敏感性，可實(shí)現(xiàn)荷載的在線識(shí)別。
　　4.鑒于拉格

5、朗日小波形函數(shù)為線性函數(shù)，在逼近動(dòng)態(tài)荷載存在本質(zhì)的不足，提出了基于三角小波形函數(shù)的動(dòng)態(tài)荷載識(shí)別方法。將本身具有良好波動(dòng)特性的三角小波函數(shù)作為形函數(shù)，推導(dǎo)了相應(yīng)的多尺度荷載-響應(yīng)方程矩陣，識(shí)別動(dòng)態(tài)荷載。通過數(shù)值算例驗(yàn)證了三角小波形函數(shù)相比拉格朗日小波形函數(shù)的優(yōu)越性。
　　5.通過懸臂梁模型的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理，證明在本文中提出的基于形函數(shù)的荷載識(shí)別方法的適用性和高效性。通過激振器對(duì)結(jié)構(gòu)施加集中動(dòng)態(tài)荷載，同時(shí)通過位移傳感器測(cè)試結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響