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时变结构动力学数值方法及其模态参数识别方法研究

作　者: 于开平
导　师: 邹经湘；杨炳渊
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 结构动力学时变系统参数识别时间有限元小波
分类号: O313
类　型: 博士论文
年　份: 2000年
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内容摘要

时变结构动力学问题一直是学术界研究的难点,理论上至今还未有太大的进展,但大型柔性空间结构、高速飞行器和高速列车等实际工程问题又有迫切的需求,为此本文在在系统总结时变结构动力学及相关领域的研究现状的基础上主要研究了时变结构动力学的数值方法以及小波理论在结构系统识别中的应用。主要研究内容和相关结论如下: 参数时变的结构动力响应的数值计算方法研究。通过时间离散的Galerkin方法建立了不协调时间有限元,由此得到了高阶精度、无条件稳定的有好的耗散特性的数值算法。通过有限差分分析说明了算法的特性,并基于线性、高阶拉格朗日插值、埃米特插值给出了一族算法公式。接着又给出了减小计算量的迭代步骤。对线性时不变问题仿真分析验证了所有的算法公式的正确性和算法本身的优良特性,对时变参数、非线性问题仿真分析说明了这些算法公式的有效性。基于Hamilton 定律探讨了对时变参数使用埃米特插值即允许参数在求解的时间区间内是时变的数值算法,给出了算法公式。对Mathieu 方程和一个变刚度变阻尼的两自由度问题的仿真分析验证了算法的有效性。小波函数性质、应用特点及小波变换方法研究。总结了近年来提出的各类典型的小波及其小波基函数,较详细地研究了它们的几种重要的性质及其实际应用特点。这些工作可以为如何选择小波和小波基提供有益的参考。接着对循环小波变换方法给出了信号的循环小波分解的一般公式,对Daubechies 小波的变换矩阵的构成给出了统一的描述。小波去除噪音算法研究及其在频率响应函数提取中的应用。较全面地研究了小波去噪音方面已经取得的成果,在此基础上,对Donoho 的去噪方法给出了一个可以有效地同时去除数据中所含的高斯白噪音和脉冲噪音的改进算法,仿真表明算法是有效的。另外,基于Donoho 的去噪原理还给出了一个试验估计去噪方法。将这些算法用于剔除频率响应函数中的噪音比传统的加窗方法更为有效。小波理论在结构系统模态参数识别上的应用。对用小波变换方法提取系统的脉冲响应函数的思想给出了平均和滤波步骤,并将这个步骤推广到时变的脉冲响应函数的提取,进而识别系统时变的模态参数。对一个变刚度和变阻尼的两自由度问题进行了仿真分析,并考虑了噪音和参数变化的影响,结果表明方

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第1章绪论  13-33
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  13-15
  1.2 时变参数结构系统的动力响应的求解方法  15-21
  1.3 广义动力学系统时变参数识别方法  21-23
  1.4 结构系统时变参数识别方法的研究进展  23-27
  1.5 小波理论及其应用研究进展  27-30
  1.6 颤振试验数据分析算法概述  30
  1.7 本文主要研究内容  30-33
第2章带时变参数的结构动力响应数值算法研究  33-60
  2.1 前言  33
  2.2 求结构动力响应的不协调时间有限元法  33-50
  2.3 不协调时间有限元的减少计算量改进方案  50-53
  2.4 基于HAMILTON 定律的带时变参数结构动力响应数值算法  53-58
  2.5 本章小节  58-60
第3章各类小波函数的性质研究以及循环小波变换  60-77
  3.1 前言  60
  3.2 小波变换的定义以及小波的简单分类  60-62
  3.3 表述小波性能的几个性质  62-64
  3.4 各类常用小波函数汇总研究  64-68
  3.5 循环小波及其快速算法  68-76
  3.6 本章小结  76-77
第4章小波理论在结构系统识别中的应用  77-117
  4.1 前言  77
  4.2 小波分析去除噪音的应用研究  77-88
  4.3 识别脉冲响应函数的循环小波变换方法  88-105
  4.4 模态参数识别的调频高斯小波变换方法  105-116
  4.5 本章小结  116-117
第五章结构系统时变模态参数识别的分段AR 模型及实验分析  117-130
  5.1 引言  117
  5.2 AR 模型的简单描述  117-119
  5.3 AR 模型的阶次确定及AR 谱估计和模态参数识别  119-121
  5.4 分段AR 模型的时变参数识别数值仿真  121-123
  5.5 时变模态参数识别方法的实验分析  123-129
  5.6 本章小结  129-130
结论  130-132
参考文献  132-141

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