沖擊響應(yīng)譜理論與應(yīng)用研究.pdf

1、沖擊響應(yīng)譜是一種沖擊響應(yīng)的譜分解法。該方法在比較沖擊運(yùn)動(dòng)，用于承受設(shè)備的設(shè)計(jì)，以及作為一種在實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境條件的手段，是具有相當(dāng)價(jià)值的。然而沖擊響應(yīng)譜的理論研究卻進(jìn)展緩慢，這在某種程度上限制了其在工程實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用。 本文從沖擊響應(yīng)譜實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，考慮工程實(shí)踐中從沖擊信號(hào)的獲得到?jīng)_擊響應(yīng)譜最終計(jì)算的全過程。通過研究提出了沖擊信號(hào)測(cè)量階段的傳感器位置優(yōu)化配置方法，找到并優(yōu)化了僅知道沖擊響應(yīng)信號(hào)情況下的沖擊輸入載荷的辨識(shí)方法

2、。同時(shí)，應(yīng)用遺傳算法對(duì)沖擊輸入信號(hào)在頻域里進(jìn)行擬合以獲得沖擊輸入信號(hào)的理論表達(dá)式，便于工程實(shí)踐分析以及后續(xù)沖擊響應(yīng)譜的理論研究。在沖擊響應(yīng)譜的計(jì)算研究中討論了有阻尼單自由度系統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算方法，并對(duì)有阻尼多自由度系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)譜計(jì)算進(jìn)行了分析和探討。最后，通過對(duì)現(xiàn)有沖擊響應(yīng)譜匹配方法的研究和思考，引入遺傳算法對(duì)匹配波形進(jìn)行優(yōu)化搜索。 在傳感器位置優(yōu)化配置的過程中運(yùn)用了模糊算法中的隸屬度概念，以便將工程中的先驗(yàn)性知識(shí)引入配置方法中，

3、從而使遺傳算法進(jìn)行搜索的初始群體范圍縮小，最終減少了搜索的時(shí)間并提高了結(jié)果的可靠性。在遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)選取中結(jié)合了控制理論中的狀態(tài)觀測(cè)概念，從而使優(yōu)化算法更加清晰明了。研究結(jié)果表明該方法簡(jiǎn)單有效。 載荷辨識(shí)問題屬于振動(dòng)工程中的逆問題，一直是工程應(yīng)用中的難點(diǎn)。在辨識(shí)方法的尋求過程中發(fā)現(xiàn)將耦合算法與精細(xì)積分方法相結(jié)合能夠有效地減少計(jì)算量，使在時(shí)域里的進(jìn)行載荷辨識(shí)變得簡(jiǎn)單可靠。在辨識(shí)公式推導(dǎo)的過程中，分別根據(jù)動(dòng)力方程兩種不同的解的

4、表達(dá)形式，在引入載荷的線性假設(shè)之后獲得兩種不同的辨識(shí)方法。研究表明這兩種方法是實(shí)用有效的時(shí)域載荷辨識(shí)方法。 對(duì)于沖擊輸入信號(hào)的擬合，根據(jù)工程實(shí)踐中經(jīng)常遇到的實(shí)測(cè)信號(hào)形式，預(yù)先假定了擬合公式的形式。由于信號(hào)在時(shí)域里變化梯度較大的原因，在反復(fù)試驗(yàn)時(shí)間序列、非線性衄線最小二乘以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法之后，認(rèn)為這些方法在時(shí)域或頻域里對(duì)沖擊信號(hào)進(jìn)行擬合的效果不理想，而利用遺傳算法對(duì)信號(hào)在頻域里進(jìn)行擬合可能會(huì)產(chǎn)生較好的效果。故此，在利用改進(jìn)的混沌

5、遺傳算法對(duì)實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行擬合計(jì)算以后，認(rèn)為利用遺傳算法在搜索上的優(yōu)勢(shì)，在頻域里對(duì)信號(hào)進(jìn)行擬合會(huì)取得較為滿意的效果。 對(duì)有阻尼單自由度系統(tǒng)沖擊響應(yīng)譜的數(shù)字計(jì)算方法進(jìn)行系統(tǒng)的闡述與分析。通過對(duì)現(xiàn)有的科研與實(shí)踐中常用的幾種數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行比較以后，認(rèn)為改進(jìn)的數(shù)字濾波算法無論在計(jì)算效率方面還是在計(jì)算精度上都比較利于仿真計(jì)算與實(shí)踐運(yùn)用。對(duì)于有阻尼多自由度系統(tǒng)，由于多自由度系統(tǒng)的耦合特征而使沖擊響應(yīng)譜的計(jì)算變得十分復(fù)雜。在經(jīng)由單自由度系統(tǒng)的沖

6、擊響應(yīng)譜概念向多自由度系統(tǒng)上轉(zhuǎn)化的過程中，對(duì)多自由度系統(tǒng)沖擊響應(yīng)譜的計(jì)算進(jìn)行了初步分析。 將遺傳算法引入到?jīng)_擊響應(yīng)譜的匹配過程中，利用遺傳算法的搜索優(yōu)化優(yōu)勢(shì)對(duì)沖擊響應(yīng)譜進(jìn)行匹配研究。通過對(duì)衰減正弦組合方法與子波綜合方法的對(duì)比與分析，確認(rèn)子波綜合法在沖擊響應(yīng)譜的匹配上具有一些特殊的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，遺傳算法在沖擊響應(yīng)譜的匹配中也具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。運(yùn)用子波綜合方法，通過改進(jìn)的多目標(biāo)遺傳算法對(duì)沖擊響應(yīng)譜進(jìn)行匹配計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，改進(jìn)的多目標(biāo)