多源不确定性下的飞行器动载荷识别研究进展（英文）

动态载荷的确定是进行空天飞行器结构设计和健康监测的关键技术之一。然而,空天飞行器所受的外部激励往往很难直接测得,相反,根据动力学模型和响应信息来间接获取载荷的动态载荷识别是一种可行的手段。而且,复杂系统的载荷识别过程中普遍存在着不可忽略的多源不确定性,尤其对于空天飞行器来讲。本文对考虑多源不确定性的空天飞行器动态载荷识别方面的理论和成果进行了综述,主要包括确定性动态载荷的识别和不确定性动态载荷识别,分别阐述了不同类型的集中、分布载荷的反演方法和多源不确定性的量化、传播分析,并探讨了各自的优缺点。最后,分析了空天飞行器动态载荷识别今后可能的发展方向。     

复杂结构移动载荷识别的有限元法

在正交域中运用有限元分析技术,将任意复杂结构上移动载荷的识别转化为正交多项式拟合系数的识别,由响应和激励之间的线性关系识别出拟合系数.该方法适用任意边界条件的复杂模型,且能识别速度变化的移动载荷.文中讨论了连续栽荷在有限元节点上的等效问题,通过仿真和实验验证该方法简单、有效、抗噪性较好,适用于复杂的工程结构.     

基于扩展卡尔曼滤波的变刚度结构动载荷识别（英文）

引入扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman filter,EKF）方法,结合最小二乘估计来识别作用在时变结构上的未知载荷,并实现对时变系统结构参数的识别。首先提出未知参数类型为刚度系数时的动载荷识别方法。然后通过一个五自由度缓变刚度结构仿真算例来验证方法的有效性和准确性。仿真结果表明,即使考虑输入数据中的噪声,该方法也能同时准确识别出未知载荷和结构参数。     

切比雪夫多项式在动态载荷识别中的应用

依据广义正交域理论,应用一维切比雪夫广义多项式的正交性解决单自由度系统动态载荷时域识别问题,获得了基本计算模型。通过假定数据条件下定频模拟激励动态载荷,根据满足普遍意义的单自由度系统动力学方程计算出系统的加速度响应,结合应用广义正交多项式进行载荷识别的基本计算模型进行动态载荷仿真识别,并将仿真识别结果和激励动态载荷进行比对,对比识别结果,确定一维切比雪夫广义加权正交多项式应用于时域动态载荷识别在理论上具有可行性。在理想条件下,飞行器单处测点满足单自由度系统,应用试验记录的其加速度响应,通过载荷识别计算模型对其动态载荷进行了识别,给出了时域内的载荷识别结果,由于对计算模型及识别对象做了简化处理,在一定程度上降低了动态载荷识别的复杂度,因此,在将结果应用到工程实际中时还需进一步拓展。     

桥梁结构移动载荷识别的新方法

桥梁结构的移动载荷识别技术是桥梁工程建设的技术难点之一。本文在载荷匀速移动的基础上,将时域识别的方法推广运用到变速运动的载荷,运用广义正交变换技术研究了移动载荷识别的新方法,并推导出了在广义正交域下移动载荷识别的数学模型。通过计算机仿真算例验证了该理论的正确性及在工程运用中的可行性。该模型适用于桥梁结构的移动动态载荷识别,为移动载荷识别技术的发展打下一定的基础。     

火箭在地面风作用下的振动载荷识别

将地面风作用下的火箭作为一个非均质变截面梁,研究了非轴对称火箭的任意风向风振载荷识别问题。根据结构风振的特性,引入等效阻力系数和升力系数,利用风载荷作用下火箭的振动加速度或弯矩响应识别等效阻力和升力系数以及归一化随机载荷的功率谱。给出了等效阻力和升力系数与以往风载试验中使用的非定常阻力和升力弯矩系数的关系。     

计算参数对数值修正载荷识别算法的影响

针对在载荷识别计算中经常遇到的累积误差问题,提出了一种在每个时间步长内迭代修正的 载荷识别算法。首先利用拟静态算法得到载荷初值,再使用数值迭代算法对其进行修正计算,仿真结果表明,该修正算法可以有效地减小由于累积误差导致的发散,得到收敛的识别结果。针对上述算法,本文以多输入多输出简支梁为模型,分别分析了区间放大系数、区间分割系数和精确度指标3个计算参数对于识别结果的影响。计算结果显示,参数的选择对算法的效率和精度影响很大,不当的参数甚至可能引起识别结果严重发散,所以选择合适的计算参数对于数值修正算法十分重要。     

考虑系统参数和载荷不确定性的声振分析

为了准确描述随机性对声振系统响应的影响,本文基于单位分解有限元/有限元法和直接概率积分法实现了精确高效的随机声振分析。本文首先通过在声振耦合界面划分虚拟单元、实施坐标变换和引入精确积分方法,发展了新型单位分解有限元/有限元方法。然后将新方法的单元内捕捉波形信息的能力强、系统矩阵规模小、易于处理复数矩阵等优势和直接概率积分法需要重复计算的特点相结合,构建了精确高效的随机声振分析方案。数值算例分析表明,所提方案得到的统计特性均和蒙特卡洛模拟吻合很好,其能够进行可靠的随机响应分析。     

复合材料等刚度多钉螺接载荷分配的实验研究

本文详细描述了复合材料等刚度多钉螺接载荷分配的测试过程。着重探讨载荷传递的测试方法以及连接的迭层顺序对载荷分配的影响。4钉螺接试件系纤维增强碳/环氧复合材料制成,各螺栓串联排列并沿钉孔的中心连线方向施加拉伸载荷。本文通过对螺栓位移量的测量,得以确定连接中各钉承载的百分比,发现多钉连接的载荷分配对迭层板中±45°铺层含量相当敏感,±45°纤维含量的增加将加剧多钉螺接载荷分配的不均。受载最严重螺栓的承载百分比亦随迭层板中±45°纤维含量的增加而呈上升趋势。     

飞行器表面气动载荷的柔性智能蒙皮多参量测量

飞行器表面气动参数特征是飞行器结构设计和安全评估的重要依据,而风洞试验作为最有效的测试手段,通常面临破坏结构、测量物理量单一等问题。提出曲面共形的柔性智能蒙皮测量技术,集成了多种超薄柔性传感器阵列,通过剪纸–拼接的完全共形方式集成到飞行器结构表面,在不改变结构表面形貌的情况下同步实时测量壁面静态压力、脉动压力、温度、壁面剪应力等多种气动参数。在直流式风洞、射流平台和FL–9风洞中对NACA0012机翼和飞行器尾翼进行了变风速和变迎角试验,分析风洞试验中采集获得的多种气动参数,验证了该系统的可用性,为风洞试验中柔性智能蒙皮多参量同步测量气动特性研究提供参考。     

基于集成学习的冲击载荷识别与定位方法

本文提出一种基于集成学习的冲击载荷识别与定位方法,用于识别作用在复杂结构表面上冲击力的峰值以及冲击位置。以决策树为基础预测器,采用自适应提升法将多棵决策树集成为学习模型,通过结构冲击试验获取大批“载荷-响应”数据训练模型,建立结构动态响应与冲击载荷之间的映射关系,从而实现由响应逆向识别载荷。通过识别作用在薄壁圆筒结构表面上的冲击载荷,证明集成学习方法可以对冲击载荷和冲击作用位置作出准确的预测。此外,文章还讨论了结构边界条件对载荷识别准确度的影响。     

基于频域法的随机振动载荷下飞机结构疲劳分析

针对飞机结构疲劳特性,提出了基于频率域信息的随机载荷历程——功率谱密度函数(Power speetraldensity,PSD)估算结构振动疲劳的一种新的计算方法。首先对结构进行频率响应计算,得到结构的传递函数;将此传递函数与输入的功率谱相乘,获得结构的应力功率谱密度;再结合材料参数,选择合适的疲劳损伤模型,利用频域方法计算结构的疲劳强度。对某型飞机机翼,采用本文方法,应用有限元分析(Finite element analysis,FEA)获得了应力响应功率谱密度函数,并对机翼在随机振动载荷下的强度特性进行了模拟与分析,给出了分析结果。     

基于概率-非概率混合可靠性模型的结构优化设计

影响结构优化设计的不确定变量可分为概率变量和非概率变量两种.针对既存在随机变量又存在区间变量的概率-非概率混合结构优化问题,本文提出了一种基于概率-非概率混合可靠性模型的结构优化设计方法.该方法以概率-非概率混合可靠性模型为基础,同时考虑结构的概率和非概率两种不确定因素的影响,通过概率和区间运算给出满足一定约束条件下的最优解.最后通过两个典型算例与基于随机可靠性模型的结构优化设计进行对比.结果显示:在相同不确定信息下,两种可靠性优化设计结果完全相同,表明该方法是有效和实用的.     

基于粒子群—克里金法的筒段应变场重构与载荷位置识别

针对可重复运载器箭体、燃料贮箱以及飞机机身等筒段类结构健康监测需求,本文提出了一种基于高密度弱反射光纤光栅传感器的筒段结构应变场重构与载荷位置辨识方法.借助ABAQUS有限元仿真软件,得到筒段壁面在载荷作用下的应变场分布特性.研究了基于粒子群—克里金法的壁面应变场重构算法,提升了应变场重构精度.构建了筒段壁面应变场分布...