欠传感器条件下结构界面连接非线性动力学模型试验建模与参数识别方法

现代以飞行器为代表的复杂结构一般都由多个客观存在的子结构经过在界面的连接而组成一个整体结构。随着飞行器技术的发展和对性能要求的提高，为最大限度地提高结构的性能和满足技术要求，结构的动态性能越来越靠近容许范围的边界，这对结构动力学计算的准确性提出了更高的要求。纵观国内外的研究现状，鉴于连接件的有限元建模问题一直没有得到满意的解决，所以普遍认为通过实验进行模型建模和参数识别方法是提高结构动力学计算准确性的一条可行的途径。本项目以解决传感器数量少于结构有限元模型自由度条件下的界面非线性连接结构的试验建模与参数识别问题为目的，开展相关的理论研究和实验研究，将发展子结构有限元数值计算和实验数据现结合的非线性模型实验建模与参数识别方法，并建立振动传感器与激振点的布置准则。

进行了提高子结构的模型聚缩精度和计算效率方法研究，以降低模型误差对实验建模精度的影响，这是因为欠传感器条件下的连接结构实验建模依赖于已知结构部分的计算模型来补充未测信息。为在保证计算精度的前提下降低模型规模，首先提出了一种具有r阶修正精度的自由界面子结构模态综合法，通过增加修正阶次，可以将足够多的高阶截断模态的影响包含在计算过程中，保证了计算精度。随后，将界面协调条件也推广到r阶，构造了关于广义界面力坐标和广义模态坐标的方程，将高阶截断模态的影响也写为广义模态坐标的形式，从而在消除高阶附着模态之间线性相关问题的同时，使模态降阶后整体结构运动方程中仅包含广义模态坐标，方程的规模不会随修正阶次的上升而上升，提高了模态分析的计算效率。为改善计算效率和计算精度之间的平衡，同时还提出了一种确定修正阶次r的自适应算法。最后对传统的模态截止准则进行了修正，提高了宽频范围内频率响应的计算效率。. 对“点连接”结构提出了一种基于频响函数直接识别连接结构动刚度和频响矩阵的“无模型”实验建模方法。为克服实验测量噪声导致的“相对欠传感器”问题，首先建立了四条基本方程，接着以其为依据，提出了一种估计未测自由度频响函数的方法，然后，通过同时将所有估计和实验测试得到的频响信息都纳入到由四条基本方程导出的统一识别方程中，引入了尽可能多的频响信息，达到了抑制实验测试噪声影响并克服其导致的“相对欠传感器”问题的目的。数值和实验算例的计算结果表明，所提出算法的计算精度显著优于同类算法。. 对“线连接”和“面连接”这两类“绝对欠传感器”的连接结构提出了一种“无模型”间接实验建模方法，即首先估计未测自由度运动量信息和界面力，然后由此二者直接构造连接结构单元刚度阵、阻尼阵和质量阵。采用这一方法，首先实现了对“线连接”结构的实验建模，然后对“面连接”结构提出了“虚结构”+“虚连接单元”的等效建模方法，以克服“面连接”结构尺寸大造成的直接构造刚度阵、阻力阵和质量阵的困难。与现行的各种有模型方法相比，即预先构造参数化非线性模型然后识别模型参数的方法，所提出方法的识别精度不依赖于预先构造的模型准确程度，可以避免识别参数过程中的大规模自由度寻优问题，有利于保证计算精度和计算效率。实验算例的计算结果验证了本文提出的方法。