不同壓力下軸壓柱的動(dòng)力學(xué)建模與邊界識(shí)別研究.pdf

1、重大土木工程結(jié)構(gòu)的可靠性對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)有重要的影響，正確評(píng)定結(jié)構(gòu)的實(shí)際性態(tài)，是結(jié)構(gòu)可靠工作的基本前提。對(duì)于工程結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)量測(cè)的是結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)識(shí)別出的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)或物理參數(shù)，進(jìn)而可以建立結(jié)構(gòu)模型，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)性能。本文首先利用基于峰頻帶通信號(hào)希爾伯特-黃變換(HilbertHuang Transform，簡(jiǎn)稱(chēng)HHT)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法辨識(shí)出了兩端彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束軸壓柱的前三階固有頻率;然后通過(guò)解析法和有限元法建立了柱的動(dòng)力學(xué)方

2、程，并利用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析得出的固有頻率確定了柱的邊界轉(zhuǎn)動(dòng)剛度及其隨壓力變化而變化規(guī)律。具體的研究工作如下:
　　(1)對(duì)基于HHT的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別理論進(jìn)行了深入的研究，提出了基于峰頻帶通信號(hào)HHT的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法，并在MATLAB平臺(tái)編制了相應(yīng)的計(jì)算分析程序。首先利用傅里葉變換得到信號(hào)的自功率譜，以確定結(jié)構(gòu)固有頻率的大致分布區(qū)間;然后采用巴特沃斯帶通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到包含各峰值頻率在內(nèi)的帶通響應(yīng)信號(hào);最后對(duì)帶通信

3、號(hào)進(jìn)行HHT以識(shí)別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)。
　　(2)在試驗(yàn)室環(huán)境下，對(duì)一根兩端彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束軸壓工字鋼柱進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。利用錘擊脈沖法測(cè)得三個(gè)點(diǎn)的加速度響應(yīng)信號(hào)，運(yùn)用本文提出的基于峰頻帶通信號(hào)HHT的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法，識(shí)別了試驗(yàn)柱的前三階固有頻率。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文采用的峰頻帶通濾波技術(shù)和去端點(diǎn)法較好地解決了HHT的模態(tài)混疊現(xiàn)象和端點(diǎn)效應(yīng)，提高了算法的可靠性和模態(tài)參數(shù)識(shí)別的精度。
　　(3)從能量原理出發(fā)，推導(dǎo)出了兩端彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束

4、軸壓柱橫向振動(dòng)的頻率方程，并從該方程演化得到了兩種極限邊界（簡(jiǎn)支和固定）下柱的頻率方程。根據(jù)得到的頻率方程繪制了在不同壓力下的頻率系數(shù)β和轉(zhuǎn)動(dòng)剛度系數(shù)η的β-η曲線圖，研究了邊界條件，軸向壓力，剪切變形以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)對(duì)固有頻率的影響，得到了一些相關(guān)規(guī)律。詳細(xì)地闡述了如何利用柱的固有頻率來(lái)確定其邊界條件的理論，并利用這一理論對(duì)試驗(yàn)柱的邊界條件進(jìn)行了識(shí)別與驗(yàn)證，取得了較好的效果。
　　(4)建立了兩種極限邊界（簡(jiǎn)支和固定）和彈性轉(zhuǎn)