基于应变信息的机械结构动态力识别方法

摘要

有限元分析技术正广泛应用于产品设计，研究人员需要为模型提供准确的载荷信息。很多种类的载荷，例如汽车运动过程中车轮受到的来自地面的冲击力，大型建筑或者桥梁承受的复杂载荷，都是很难直接获得的。因此，载荷识别技术有着广泛的工程背景和显著的应用价值需求。本文结合D-optimal设计理论确定测量动态响应的最优点的个数和位置。使用Craig-Bampton法克服系统自由度很大，但实测响应数较少造成运算出现病态这一问题，从而尽可能的减小载荷识别的误差。完成的主要研究内容如下：
　　①阐述动态载荷识别的基本原理，包括多自由度系统的模态坐标变换和微分方程解耦，并对应变模态的基本理论进行了分析，推导出应变模态坐标与载荷之间联系的微分方程。为通过测量应变间接测量动态载荷提供理论基础。
　　②针对动态载荷识别过程中的应变测点布置问题，模态截断产生的载荷失真问题分别使用D-optimal算法和Craig-Bampton模型聚缩法予以解决。详细研究了应变测量最优测点的选取方法以及模型降阶的理论。
　　③分别以悬臂梁、某型号摩托车为研究对象，使用本文方提出的载荷识别法求出激励力，研究了方法的有效性。

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1 绪 论

1.1课题研究背景及研究意义

1.2载荷识别的分类与发展

1.3 国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容

2 动态载荷识别的理论基础

2.1多自由度系统的模态坐标转换与微分方程解耦

2.2应变模态的有限元模型

2.3候选集合

2.4 D-optimal设计确定最佳测量点

2.5 Craig-Bampton模型缩聚法

2.6本章小结

3 动态载荷识别的仿真分析

3.1仿真模型的建立与分析

3.2模型数据的处理

3.3本章小结

4 动态载荷识别法的实验验证

4.1 引言

4.2应变测量实验

4.3实验方法

4.4实验结果输出

4.5本章小结

5 某型摩托车车架动态力的测试

5.1 应变测点的选取

5.2 应变测量实验

5.3实验方法

5.4应变测量结果

5.5实验结果分析

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1主要结论

6.2相关研究方面的展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读学位期间所做的项目