[发明专利]一种动态载荷识别方法

权利要求书

1.一种动态载荷识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据被测对象建立相应的有限元模型；

S2：在所述有限元模型中确定载荷输入点与载荷响应点的位置；

S3：通过模态计算对所述有限元模型进行模态特征值分析，得到模态振型矩阵；

S4：基于所述模态振型矩阵计算得到模态转换矩阵，利用所述模态转换矩阵通过位移转换关系将物理坐标空间的动力学方程转换成模态坐标空间的动力学方程；

S5：对所述模态坐标空间的动力学方程进行时域到频域的转换，得到频率响应函数；

S6：将采集得到的载荷响应点的响应输入到所述频率响应函数中，通过对所述频率响应函数进行矩阵求逆得到载荷输入点的动态载荷，完成动态载荷识别。

2.根据权利要求1所述的动态载荷识别方法，其特征在于，所述步骤S4中的物理坐标空间的动力学方程表达式如下：

其中，M、C和K分别为被测对象的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，{X}和{F}分别为被测对象的载荷响应点的物理位移和载荷输入点的动态载荷，为对{X}中各元素分别进行二阶偏导的结果，为对{X}中各元素分别进行一阶偏导的结果。

3.根据权利要求1所述的动态载荷识别方法，其特征在于，所述步骤S3中的模态计算的表达式如下：

(K-ω²M){A}＝0

其中，K为刚度矩阵，M为质量矩阵，ω为被测对象的固有频率，{A}为模态振型矩阵。

4.根据权利要求3所述的动态载荷识别方法，其特征在于，所述模态振型矩阵为根据对载荷响应贡献程度选取的模态振型向量所组成的模态振型矩阵。

5.根据权利要求4所述的动态载荷识别方法，其特征在于，所述步骤S4中的描述位移转换关系的表达式为：

{X}＝Φq

其中，{X}为被测对象的载荷响应点的物理位移，q为被测对象的载荷响应点的模态位移，Φ为模态转换矩阵。

6.根据权利要求5所述的动态载荷识别方法，其特征在于，所述模态转换矩阵是通过对模态振型矩阵{A}进行对角化计算得到的。

7.根据权利要求6所述的动态载荷识别方法，其特征在于，将所述步骤S4中的描述位移转换关系的表达式带入物理坐标空间的动力学方程表达式中，并在等式两边同时左乘Φ^T，得到模态坐标空间的动力学方程，表达式如下：

其中，表示被测对象的模态质量矩阵；表示被测对象的模态阻尼矩阵；表示被测对象的模态线性刚度矩阵；表示被测对象的输入点的模态动态载荷，t为时间，q(t)表示在t时间被测对象的载荷响应点的模态位移，为对q(t)中各元素分别进行二阶偏导的结果，为对q(t)中各元素分别进行一阶偏导的结果。

8.根据权利要求7所述的动态载荷识别方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：所述模态坐标空间的动力学方程进行傅里叶变换后的表达式如下：

(-jω²M+jωC+K){X(jω)}＝{F(jω)}

根据傅里叶变换后的表达式得到的频率响应函数如下：

其中，H(ω)为传递函数矩阵，X(ω)为采集得到的载荷响应点的响应，F(ω)为动态载荷。

9.根据权利要求8所述的动态载荷识别方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：

对所述频率响应函数求逆得到动态载荷，表达式如下：

10.根据权利要求1所述的动态载荷识别方法，其特征在于，所述载荷响应点的数量大于所述载荷输入点的数量；所述有限元模型的建立包括根据被测对象的实际安装情况设定所述有限元模型的边界条件，所述边界条件包括刚性支撑或弹性支撑。