柔性结构流固耦合非线性体系时频分析、系统识别及模型修正

基本信息
批准号:51379197
项目类别:面上项目
资助金额:82.00
负责人:李华军
学科分类:
依托单位:中国海洋大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张敏,孟珣,杨文龙,苏亮,王超,杜君峰
关键词:
系统识别非线性流固耦合时频分析模型修正
结项摘要

To study the dynamic mechanisms and characteristics of flexible structures during the fluid-structure interaction (FSI) is significant to the ocean engineering community. The problem of FSI is inherently complicated and of much nonlinearity. The researchers usually solve this problem analytically or numerically. However, it is crucial to take some assumptions to make the analytical solution available, which usually results in an analytical solution that contains some error. The numerical solution relies on the computational capability and different algorithms can gain different results. Either solving the FSI problem analytically or numerically belongs to the category of forward problems. For the first time, the applicants will study the FSI problem from the perspective of inverse problem. We will develop a new time-frequency analysis method, which decomposes signal in each window into complex exponentials based on state-space model. From the time-frequency analysis results, we can observe the varying frequencies. We will conduct a comparative study on some classical system identification methods and find which one/ones is/are suitable for FSI problems. As mentioned, the system of FSI is usually nonlinear. We will make a piece-wise linear assumption, and extract the system parameters from each segment. With this, we can find the connection between the factors of the structure or fluid and the system parameters. Because we can find the generalized mass, stiffness and damping matrices by system identification, hydrodynamic parameters, such as added mass, added stiffness and added damping, are available. Based on the study of time-frequency analysis and system identification, we will implement model updating on the finite element model by CMCM method. To conduct time-frequency analysis, system identification and model updating has great scientific and practical importance.

流固耦合问题复杂,且非线性特征明显。求解该类问题时,解析法计算量小但要求很多简化,结果常无法代表真实的情况。数值法能给出量级上相当的估算,但其对计算机的要求较高且不同学者的研究结果常有所出入。解析法和数值法均属于正问题的范畴。本项目创新性地利用实测数据从反问题的角度开展研究。针对耦合问题中柔性结构非线性振动的动力特征,发展新的信号分析方法并将其与传统的时频分析方法进行对比。通过对实测数据的时频分析,研究结构振动频率和阻尼等随时间的变化情况。借助于理论分析和数值模拟等研究手段对现有的系统识别理论进行对比研究,探究适用于流固耦合系统的系统识别理论。结合分段线性化假定,对柔性结构流固耦合系统进行参数识别,探讨系统参数对振动特性的影响。基于时频分析和系统识别的结果,对现有的柔性结构有限元模型进行修正,使其更加合理。对流固耦合非线性振动问题进行时频分析、系统识别及模型修正具有重要学术意义和实用价值。

项目摘要

本项目完成了计划书所列的研究内容,未进行调整或变动,达到了预期研究目标。取得的研究进展包括以下五个方面:1)基于状态空间的信号分解与重构方法;2)基于短时Prony变换的时频分析新技术;3)深海半潜式平台系泊系统动力响应分析方法;4)深海柔性结构非线性动力响应分析技术;5)考虑边界条件修正的系泊缆索动力响应分析方法。同时,本项目于山东省海洋工程重点实验室开展了相关物理模型试验,对研究成果进行了系统验证。在本项目的资助下,出版专著1部,并在本领域权威期刊Journal of Sound and Vibration,Applied Ocean Research,Renewable Energy等发表科研论文12篇,其中SCI收录论文9篇,参加国内外学术会议、组织学术交流10余次;申请国家发明专利4项,授权软件著作权1项;项目组成员1人获得国家优秀青年科学基金资助,同时培养研究生5人;获海洋工程科学技术一等奖1项。研究成果得到了国际同行Mishra A.K、Bahai H.等人的高度关注,同时能为深海柔性结构的时频分析、系统识别及模型修正等提供新的技术手段。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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