分布式随机动载荷的时域识别方法研究

摘要

工程结构上的动载荷信息一般无法通过直接测量获取，因而利用实测结构动响应反演结构上真实动载荷的间接识别方法的研究备受关注。现有动载荷识别的研究多针对确定性集中动载荷，而工程结构受到的真实外部载荷，如风载荷、气动载荷等，都呈现分布和随机的特征，不能将确定性动载荷的识别方法直接应用于此类动载荷识别，需要研究结构上分布随机动载荷识别的新方法。本文主要开展分布式随机动载荷时域识别方法研究，具体研究工作可总结为如下四个内容:
　　(1)开展了基于蒙特卡洛法和模态法的分布式随机动载荷时域识别方法研究。将分布式随机动载荷在模态空间内展开，解耦其空间域和时间域，利用正交基函数拟合，实现动载荷的整体识别。通过简支梁仿真算例，验证了识别方法的正确性，并且讨论了模态阶数、测点数、噪声水平等参数对分布式随机动载荷识别精度的影响。
　　(2)针对蒙特卡洛法计算效率不高的问题，开展了基于K-L展开和模态法的分布式随机动载荷时域识别方法研究。利用K-L展开取代蒙特卡洛法，配合模态法进行识别。通过简支梁仿真算例，验证了识别方法的正确性，并且讨论了K-L向量截断、模态阶数、测点数、噪声水平等参数对分布式随机动载荷识别精度的影响。同时比较了该方法与基于蒙特卡洛法的识别方法的识别效率。
　　(3)针对模态法通用性不足等问题，采用正交多项式替代模态振型函数拟合动载荷的空间分布，提出了基于K-L展开和有限元法的分布式随机动载荷时域识别方法。通过简支梁仿真算例，验证了识别方法的正确性，并且讨论了正交多项式阶数、测点数、噪声水平等参数对分布式随机动载荷识别精度的影响，并与前文方法进行对比分析。
　　(4)开展了上述三种分布式随机动载荷时域识别方法在高耸结构脉动风载荷识别中的应用研究。基于Davenport谱的脉动风载荷模拟，针对实际工程中风电塔架模型开展风载荷的统计特性和分布特征识别。通过数值仿真验证了所提出的分布式随机动载荷识别方法的工程适用性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 确定性动载荷识别方法

1．2．2 随机性动载荷识别方法

1．2．3 分布式随机动载荷识别方法

1．3 本文主要内容

第2章 基于蒙特卡洛法和模态法的分布式随机动载荷时域识别

2．1 引言

2．2 基本概念

2．2．1 随机过程

2．2．2 蒙特卡洛数值模拟方法

2．2．3 连续系统离散化方法

2．3 分布式随机动载荷识别方法

2．3．1 动载荷识别过程

2．3．2 识别误差分析

2．4 仿真算例

2．4．1 算例模型

2．4．2 结构动响应分析

2．4．3 分布式随机动载荷识别方法验证

2．4．4 模态阶数对识别精度的影响

2．4．5 测点数对识别精度的影响

2．4．6 噪声对识别精度的影响

2．5 本章小结

第3章 基于K-L展开和模态法的分布式随机动载荷时域识别

3．1 引言

3．2 K-L展开

3．3 分布式随机动载荷识别方法

3．4 仿真算例

3．4．2 分布式随机动载荷识别方法验证

3．4．3 K-L向量截断对识别精度的影响

3．4．4 模态阶数对识别精度的影响

3．4．5 测点数对识别精度的影响

3．4．6 噪声对识别精度的影响

3．4．7 与蒙特卡洛法识别效率对比

3．5 本章小结

第4章 基于K-L展开和有限元法的分布式随机动载荷时域识别

4．1 引言

4．2 切比雪夫正交多项式

4．3 分布式随机动载荷识别方法

4．4 仿真算例

4．4．1 算例模型

4．4．2 分布式随机动载荷识别方法验证

4．4．3 多项式阶数对识别精度的影响

4．4．4 测点数对识别精度的影响

4．4．5 噪声对识别精度的影响

4．5 本章小结

第5章 分布式随机动载荷识别方法在高耸结构脉动风载荷识别上的应用

5．1 引言

5．2．1 风的基本特性

5．2．2 脉动风速时程模拟方法

5．2．3 脉动风载荷计算方法

5．3 风电塔架结构模型及脉动风速数值模拟

5．3．1 风电塔架模型

5．3．2 脉动风速数值模拟

5．4 高耸结构上脉动风载荷的识别方法验证

5．4．1 基于蒙特卡洛法和模态法的识别验证

5．4．2 基于K-L展开和模态法的识别验证

5．4．3 基于K-L展开和有限元法的识别验证

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文