水工弧形钢闸门的动态荷载识别

摘要

本文详细介绍了振动结构动态荷载识别的各种方法,包括频域法、时域法、小波正交算子变换法、时间有限元法和基于神经网络的方法等,并对各种理论和方法存在的突出问题作了分析、比较和总结.然后讨论了弧形闸门的流激振动问题,从闸门振动类型出发,分析了弧形闸门振动特性及破坏原因.在此基础上总结了目前控制流激振动的主要措施,并提出了弧形闸门流激振动的智能控制措施.在详细介绍了Hilbert-Huang变换这一全新的信号分析理论之后,本文分别采用轮次法和HHT方法对典型水流脉动压力时域过程进行了平稳性检验分析,说明在一定开启工况下,作用于闸门体的水流脉动压力可视为各态历经平稳随机过程,其特征量可应用随机函数理论及其谱分析获得.本文根据三维有限元方法计算的结构动力特性和简化结构动力特性相等的原则修正弧形闸门的简化力学模型,确定了等效的弧形闸门三维简化结构模型和系统参数.利用该简化力学模型,采用基于模态分析法的动态荷载时域识别方法,对水工弧形钢闸门的水流脉动荷载识别进行了仿真分析,表明该方法的可行性和有效性.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的目的和意义

1.3弧形闸门流激振动实例及研究现状

1.4本文的主要工作

第2章振动结构动态荷载识别

2.1引言

2.2频域法

2.2.1频响函数矩阵求逆法

2.2.2频域模态坐标变换法

2.2.3逆虚拟激励法

2.2.4基于广义域的模态模型法

2.3时域法

2.3.1时域模态坐标变换法

2.3.3基于广义正交域的级数系数平衡法

2.3.4逆系统法

2.4小波正交算子变换法

2.4.1基本原理

2.4.2动态荷载识别过程

2.5时间有限元法

2.5.1结构动力学的广义正交时间有限单元

2.5.2线性结构多自由度系统动态荷载识别时间元模型

2.6基于神经网络的方法

2.6.1时域离散的自回归模型

2.6.2动态荷载识别的神经网络模型

2.6.3动态荷载识别神经网络模型的学习过程和回忆过程

2.7本章小结

第3章水动力荷载及弧形闸门流激振动

3.1弧形钢闸门结构型式

3.2水动力荷载

3.2.1水动力荷载类型

3.2.2水流脉动压力特征

3.3弧形闸门流激振动

3.3.1闸门振动类型

3.3.2弧形闸门振动特性及破坏原因

3.3.3流激振动的智能控制措施

3.4本章小结

第4章Hilbert-Huang变换信号分析理论

4.1引言

4.2 Hilbert-Huang变换

4.2.1固有模态函数(IMF)和经验模态分解(EMD)

4.2.2 Hilbert变换和Hilbert谱

4.3 Hilbert-Huang变换中的关键问题

4.4 HHT的有效性和优越性

4.5本章小结

第5章弧形闸门流激振动脉动压力的平稳性分析

5.1引言

5.2轮次法

5.3 HHT方法

5.4水流脉动压力的平稳性检验

5.5本章结论

第6章弧形钢闸门的动态荷载识别

6.1引言

6.2基于模态分析法的动态荷载时域识别方法

6.3基于有限元的弧形钢闸门简化力学模型

6.3.1弧形钢闸门三维有限元模型

6.3.2弧形钢闸门三维简化力学模型

6.3.3结构动力反应分析

6.4水流脉动荷载识别仿真分析

6.5本章结论

第7章结论与展望

7.1结论

7.2进一步研究的展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表和完成的论文

作者在攻读硕士学位期间参与的研究课题

致谢