钢桁架结构边界参数的识别及动态特性模糊优化

摘要

随着建筑工业的快速发展，人们对建筑本身的要求越来越高，从先前人们对建筑艺术的不断追求，逐渐发展到对建筑物理、力学特性要求的不断提高，由此可见，人类已经向更高层次的技术领域迈进。目前，世界各地正流行兴建大量的高层和大跨结构有其它类型建筑结构无以比拟的优点，但同时，也存在明显的薄弱环节。最主要的就是大跨高层建筑结构的稳定性和抵抗灾害性天气的能力要比其它同类型的建筑结构要弱。结构力学特性的参数识别是建筑结构力学性能研究的重要内容，因此，开展大跨高层建筑结构力学性能的研究对完善结构设计方法有着重要意义。同时，为了更好地满足人们对建筑结构各种性能的要求，可以对结构的主要参数进行优化，以便能更好地设计出满足人们需要的建筑结构。 参数识别有大量识别方法和算法，但在众多识别算法中有一个共同的不足之处就是缺乏通用性，这也是众多学者和工程技术人员所共同面临的一个问题。本文以均匀设计和回归分析为主要理论基础，提出了一种回归．预报数学模型，并结合有限元计算分析和动态测试数据得到一个有效的物理参数识别算法，该算法的显著特点之一就是具有较强的通用性，适用于具有良好可重复性和稳定性系统中的物理参数识别问题。 本文采用该物理参数识别算法对某钢桁架结构缩尺模型进行了基于结构动态特性的部分连接刚度的识别，验证了该算法的有效性。在结构设计的前期对关键参数提出一定的要求是结构优化设计的重要内容。考虑到工程上“共振”是指激励频率接近结构的固有频率，共振区在数值上具有一定的模糊性，本文利用物理参数识别算法对该钢桁架结构的动态特性在引入模糊因素后进行了优化。以该钢桁架边界连接刚度为对象，在数学分析和推导的基础上，对结构物理参数和动态特性之间的相互关系进行了深入的研究和分析。研究结果表明，当某一方向的边界连接刚度处于特定的取值范围(绝对安全区间)时一定可以使结构的某阶模态参数避开共振区域，并从理论上给出了绝对安全区间及其上下边界的确定方法。研究了共振隶属函数截集水平对绝对安全区间上下边界的影响，最后，得出基于优化条件下的弹簧刚度的绝对安全区间范围。这些成果对结构优化设计具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章.绪论

1.1研究背景及意义

1.2参数识别的研究现状与发展

1.2.1动力学系统的系统识别

1.2.2结构物理参数识别的现状与方法

1.3结构优化的发展与研究现状

1.3.1尺寸优化(Sizing Design)

1.3.2形状优化(Shape Optimization)

1.3.3拓扑优化(Topology Optimization)

1.4 小结

1.5本文的研究工作

第二章正问题与反问题的理论基础

2.1正问题与反问题的数学表述

2.2反问题与不适定性

2.3动力学系统反问题的基本内容

2.4本文研究内容的基本特点

第三章结构物理参数识别算法研究

3.0引言

3.1试验设计

3.1.1试验设计的发展历史与基本概念

3.1.2均匀试验设计

3.2多元多项式回归

3.2.1三元三次回归分析基本理论

3.2.2回归关系的显著性检验

3.2.3回归系数的显著性检验

3.3回归-预报数学模型

3.4结构物理参数识别算法研究

3.4.1识别算法基本原理

3.4.2识别结果误差分析

3.4本章小结

第四章钢桁架结构边界参数的识别

4.1引言

4.2某钢桁架缩尺模型基本概况

4.3结构边界刚度识别前处理

4.3.1结构建模单元的选择

4.3.2有限元模型的预实验

4.3.3各方向刚度对固有频率的影响

4.4缩尺结构边界部分连接刚度参数识别

4.4.1模态实验

4.4.2基于平面外动态特性部分连接刚度参数识别

4.5本章小结

第五章钢桁架结构动态特性模糊优化

5.1引言

5.2模糊数学理论简介

5.2.1模糊数学理论基本概念

5.2.2模糊矩阵与模糊关系

5.2.3一级模糊综合评判

5.3钢桁架结构固有频率模糊优化

5.3.1截集水平|*的确定

5.3.2部分阶次固有频率模糊优化

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1主要研究结论与创新性成果

6.2论文工作的局限性和后续工作展望

参考文献

致谢