基于时间序列数据的非线性结构恢复力识别与建模

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1、湖南大学硕士学位论文基于时间序列数据的非线性结构恢复力识别与建模姓名：周任申请学位级别：硕士专业：防灾减灾及防护工程指导教师：许斌20090520硕lj学位论文摘要由于工程结构材料自身老化、使用荷载的变化、以及地震、强风等各种自然和人为因素的作用，实际工程结构都不可避免地存在着不同程度损伤累积。近年来国内外发生的土木工程安全事故使得人们认识到对使用中的结构，即使是新建或者是投入使用不久的结构进行实时在线监测，并据此对其健康状况、承载能力和使用寿命进行评估和预测是一项紧迫而重要的课题。同时，对工程结构的损伤进行快速识别与性能评估也是有效开展救灾的紧迫需要。动力系统的反分析是结构健康监

2、测、损伤识别和性能评估中基础和关键科学问题之一。经过国内外学者的努力，对于线弹性系统的识别问题，已经建立了较为完善的理论和方法。严格来讲，实际工程结构均有不同程度的非线性特性，只是其程度有所不同，工程结构的损伤的发生发展过程是一个典型的非线性过程，但是对结构非线性行为的识别理论与方法远不如线弹性系统的识别理论成熟。本文提出了一种基于时间序列数据的非线性结构系统的非线性行为的识别方法及其模型化方法，通过理论分析、数值模拟和模型试验对该方法的适用性进行了研究。研究内容包括如下：1．建立了基于动力响应和激励时程的结构参数识别方法。该方法适用于线性系统及非线性系统，可识别出线性结构的质量、

3、刚度和阻尼矩阵以及非线性结构的质量矩阵、等效刚度矩阵和阻尼矩阵，进而识别出结构的非线性恢复力。2．通过数值模拟验证了该方法的可靠性。在一个多层框架结构的数值模型中引入磁流变阻尼器模拟结构的非线性阻尼特性，运用现有的磁流变阻尼器的计算模型，计算含磁流变阻尼器的结构非线性动力响应。运用数值模拟验证了所提出的方法在单个激励以及完整激励下的性能。结果表明本方法能有效地识别计算模型结构的非线性阻尼力，并与计算模型进行了比较，结果吻合良好。3．设计制作一个多层框架结构模型，在结构中引入MR阻尼器并调整不同的输入电流模拟不同程度的非线性恢复力，开展不同激励水准和不同激励方式下的振动测试。运用实验

4、测试结果，运用所提出的方法对不同电流下模型结构阻尼构件的滞回特性进行了识别，并与实测结果进行了比较，结果表明本方法的可行性。4．建立了基于测量数据的模型结构的非线性结构恢复力模型，将识别的恢复力模型与根据实测结果确定的恢复力进行了比较，表明恢复力模型可行。关键词：损伤识别；非线性系统；参数识别；数值模拟；磁流变阻尼器；非线性恢复力；恢复力模型綦于时问序列数掂的1F线性结构恢复力识别与缱模AbstractDuetomaterialdeteriorationandcreep，overloading，lackingofmaintenanceaswellasnaturalandman—ma

5、dehazards，engineeringstructuresinevitablyhavedifferentlevelsofdamageaccumulation．Ithasbeenrealizedfromfrequentengineeringaccidentshappenedrecentlyaroundtheworldthatitiscrucialtoexecutethereal．timeon．1inemonitoring，toevaluateandtoforecastthehealthconditionandcarryingcapacityofinfrastructures．Th

6、edevelopmentofgeneralidentificationandmodelingapproachesisoneofthemainchallengingtopicsforthestructuraldamagedetection，performanceevaluation，andcontrolsystemdesignfordisasterreductionandrelieLEvenexcitingachievementshavebeenmadeininverseanalysisfordynamicsystem，mostofthecurrentvibration-basedi

7、dentificationviaeigenvaluesandeigenvectorsandtheirderivationsaresuitableforlinearelasticsystem．Generallyspeaking，thedamageinitiationanddevelopmentprocedurearetypicalnonlinearandengineeringstructuresshouldbenonlinearsystemwithdifferentle