结构动载荷在线识别方法研究

Identification of dynamic load is one of the cutting-edge and complicated researches in Structural Dynamics. There existing a great demand for dynamic load identification in practical engineering projects, while many identification measures are confined by obtaining accurate structural parameters off-line in advance , which has become a bottle neck for improving the application ability of dynamic load identification. The on-line method is proposed to identify dynamic load efficiently based on the only structural response information combining relevant theory in signal analysis and processing,probability statistic as well as computation mathematics. Research on on-line recursive method of the structural dynamic response to find out the on-line recursive relationship across the input,output and the system taking from the forward problem of view bases on the state space model of the system; Build the on-line identification method of dynamic load acting on multi-degree of freedom based on the Bayes theory;on this basis,the proper on-line identification method of dynamic load acting on continuous system based on the modified Bayes theory is to work out;Put forward the on-line identification of distributed dynamic load based on the modal coordinate transformation and generalized Fourier transform;Develop the platform of software and hardware to verify t validation and efficiency of this approach. These researches develop a new approach and reveal the on-line relationship between the load and system states and provide theoretical basis for expanding engineering application of dynamic load on-line identification.

动载荷识别是结构动力学领域的难点和前沿问题之一，许多工程中迫切需要动载荷识别方法及技术，然而受限于必须事先获取准确的结构模型参数，制约了动载荷识别技术的发展。本项目结合信号分析与处理技术、不确定性分析方法以及计算数学的相关理论，在仅仅获知结构动响应的情况下，建立动载荷在线识别方法，解决目前动载荷在线识别理论空缺及工程应用的问题。通过建立系统的状态空间模型，研究结构动响应在线递推算法，从正问题的角度探索激励、系统及响应之间的在线递推关系；基于贝叶斯方法，建立多自由度系统动载荷在线识别算法，并在此基础之上建立适用于连续系统结构的在线识别算法；针对更为复杂的分布动载荷，基于模态坐标变换和广义傅里叶变换，提出分布动载荷的在线识别方法，开发软硬件平台，构建动载荷在线识别方法的试验验证系统。通过这些研究，在线揭示动响应、系统和动载荷之间的关系，为动载荷在线识别的工程应用提供理论基础和技术保障。

动载荷识别作为结构动力学第二类逆问题，是结构动力学领域难点和前沿问题之一，定量的确定结构动载荷对于工程结构动响应准确预测、结构优化设计等均具有十分重要的意义。 许多实际工程中迫切需要动载荷识别方法及技术，但是现阶段动载荷识别的主要手段均是离线识别方法，在线识别技术目前在国内还是处于空白，工程中更是无法开展动载荷在线识别研究。该项目结合课题组近年来关于结构动载荷识别方面的研究工作，综合利用数学上逆问题的分析方法、概率统计不确定性分析方法、结构动力学分析建模方法、迭代优化方法等多交叉学科，为了突破动载荷离线识别的局限性，采用理论分析、仿真及试验相结合的研究方式，遵循从正问题出发、由简易繁的思路，较系统地探索动载荷在线识别方法， 开展的主要研究内容包括：（1）结构动响应的在线递推算法研究；（2） 进基于贝叶斯方法的多自由度系统动载荷在线识别研究；（3） 基于改进贝叶斯方法的连续系统的在线识别研究；（4） 分布动载荷在线识别方法研究；（5） 动载荷在线识别方法的系统搭建及试验验证。 通过相应的仿真及试验研究， 实现了振动系统的动载荷识别在线识别，分析了影响在线识别精度的主要因素，给出了不适定性问题的改进方案，并构建了在线识别的试验系统，完成了在线识别的试验研究。通过项目研究，从理论上弥补了动载荷在线识别的空白，突破了离线动载荷应用的局限性，同时为工程结构的在线监测及振动故障诊断、 结构动力学优化及设计、 动力学响应准确预估等方面提供技术支撑，为提高动载荷的识别精度并实现动载荷的实时化、 高效化、 便捷化在线识别奠定理基础，项目的研究成果预期将应用于航空及航天领域，有助于推动动载荷识别技术在实际工程中的充分应用，提升飞行器结构的智能化和高可靠性程度。