[发明专利]一种随机动载荷空间分布及统计特征的识别方法

说明书

本发明公开了一种随机动载荷空间分布及统计特征的识别方法。本发明的方法包括步骤：S1.开展模态试验，获取结构的模态参数，包括固有频率和模态振型；S2.将结构随机振动响应利用模态振型展开，获取结构在模态空间的动响应；S3.利用模态振型展开，将随空间分布的随机动载荷投影到模态空间；S4.在模态空间内，由随机动响应样本反演随机动载荷样本；S5.由模态空间内随机动载荷样本及振型函数求解结构上随机动载荷的空间分布和统计特征。本发明能够解决在时域内利用实测结构动响应样本识别结构上随机动载荷的统计特性和分布特征问题，为服役于分布式随机动载荷环境下的工程结构设计与安全评估提供准确可靠的动载荷信息。

技术领域：

本发明涉及一种随机动载荷空间分布及统计特征的识别方法，属于结构动力学反问题技术领域。

背景技术：

工程结构上的动载荷信息是结构设计和安全评估的依据。动载荷的获取方法大体分为直接测量和间接识别两种。在许多情况下，动载荷难以通过直接测量获得，一般采用测量结构上的动响应，在结构系统已知的情况下，识别获得所需动载荷信息。

传统的动载荷识别方法是利用单次实测的结构动响应数据识别引起该次动响应的激励信息，是确定性动载荷识别方法。现有的确定性动载荷识别方法被用于获取工程结构上的集中动载荷，移动载荷以及分布式动载荷等信息。值得注意的是，分布式动载荷识别问题相当于识别无穷多个集中动载荷，难度更大，一般需要将分布式动载荷识别问题降维求解。

实际工程结构上作用的动载荷，如建筑物上的风载荷，海洋平台承受的海浪载荷以及飞行器表面的气动载荷等，不仅分布于结构上，而且还具有随机性。随机动载荷施加于结构时，动响应也将随之呈现“随机性”；因此，单次实测的结构动响应只能是结构随机动响应信息的其中一个样本，基于某个响应样本利用确定性动载荷识别方法获得的动载荷信息也只能部分反映该随机动载荷激励；另外，单次测量中包含的动响应误差在确定性动载荷识别中也被作为“真实响应”的一部分，引起载荷识别结果的偏差。针对此类分布式随机动载荷的识别问题，传统的确定性分布动载荷识别方法和适用于集中随机动载荷的识别方法均无法使用，需要发展一种针对分布式随机动载荷识别的新方法，有实测结构动响应样本识别随机动载荷的空间分布和统计特征。

发明内容

本发明的目的是提供一种随机动载荷空间分布及统计特征的识别方法，解决在时域内利用实测结构动响应样本识别结构上随机动载荷的统计特性和分布特征问题，为服役于分布式随机动载荷环境下的工程结构设计与安全评估提供准确可靠的动载荷信息。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种随机动载荷空间分布及统计特征的识别方法，该方法包括如下步骤：

S1.开展模态试验，获取结构的模态参数，包括固有频率和模态振型；

S2.将结构随机振动响应利用模态振型展开，获取结构在模态空间的动响应；

S3.利用模态振型展开，将随空间分布的随机动载荷投影到模态空间；

S4.在模态空间内，由随机动响应样本反演随机动载荷样本；

S5.由模态空间内随机动载荷样本及振型函数求解结构上随机动载荷的空间分布和统计特征。

所述的随机动载荷空间分布及统计特征的识别方法，步骤S2中所述的将结构随机振动响应利用模态振型展开，获取结构在模态空间的动响应，具体步骤为：

S21：利用多次重复测量方式获取随机振动响应的样本集合：

在结构上(x₁,x₂,…x_n)位置处第r次测量获取位移响应样本向量W_r表示为：