基于输入−状态联合估计的漂浮式风机塔架结构载荷反演及状态分析

1

作者 王超 崔明浩 +2 位作者 周楠 陈鹏 程正顺 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第4期167-175,共9页

[目的]旨在研究波浪作用下漂浮式风机塔架的结构载荷反演方法及动力响应状态。[方法]以半潜型风机为研究对象,通过时域仿真模拟测量数据,并且基于漂浮式风机的频域仿真模型计算塔架的质量归一化模态,将二者作为输入−状态联合估计(joint ... [目的]旨在研究波浪作用下漂浮式风机塔架的结构载荷反演方法及动力响应状态。[方法]以半潜型风机为研究对象,通过时域仿真模拟测量数据,并且基于漂浮式风机的频域仿真模型计算塔架的质量归一化模态,将二者作为输入−状态联合估计(joint input-state estimation,JIS)算法的输入,对漂浮式风机塔架开展结构载荷反演以及实时状态分析。[结果]结果表明:基于JIS算法,以塔架节点的仿真数据作为算法的输入,估计的塔根载荷以及塔架节点响应与仿真结果具有良好的一致性,实现了高精度的反演。[结论]反演结果验证了JIS算法的有效性,可以用于漂浮式风机的实时状态分析,保障漂浮式风机长期安全稳定运行。 展开更多

关键词 漂浮式风机 结构载荷反演 输入−状态联合估计 实时状态分析

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基于振动加速度的转向架构架载荷反演研究

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作者 龚敬 吴兴文 +1 位作者 刘阳 池茂儒 《机车电传动》 2024年第3期28-37,共10页

获取铁道车辆构架空簧、附属部件、轴箱弹簧及橡胶节点等关键接口在服役过程中的载荷特征是落实轨道车辆结构健康监测工作需要解决的关键问题。文章建立车辆系统动力学模型,推导了考虑转臂轴箱局部细化的车辆横向、垂向的动力学模型,并... 获取铁道车辆构架空簧、附属部件、轴箱弹簧及橡胶节点等关键接口在服役过程中的载荷特征是落实轨道车辆结构健康监测工作需要解决的关键问题。文章建立车辆系统动力学模型,推导了考虑转臂轴箱局部细化的车辆横向、垂向的动力学模型,并以此为基础使用卡尔曼滤波方法,通过系统状态方程对系统状态量进行估计反演计算,探索转向架构架载荷的估计方法。研究结果表明:考虑轨道不平顺激励的情况下,转向架构架的垂向载荷估计值与仿真值的相关性达到0.8以上,横向载荷估计值与仿真值的相关性超过0.6,估计值与仿真值时频域的变化趋势一致性较好。综合以上结果,可以证明该载荷估计方法在针对轨道车辆构架的关键接口载荷的反演计算中具有足够的精确性和稳定性,能够为后续对转向架关键位置的损伤监测与评估、剩余寿命计算和结构设计优化提供数据依据。 展开更多

关键词 铁道车辆 构架 振动加速度 卡尔曼滤波 载荷反演

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基于正则化方法的雪龙号破冰船冰载荷反演的研究 被引量：12

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作者 崔洪宇 胡大士 +1 位作者 孔帅 季顺迎 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期109-119,共11页

冰载荷是船舶在冰区航行中承受的最主要载荷。在冰、船碰撞过程中碰撞位置的随机性较强,导致实船冰载、荷识别方程求解存在着不适定性。论文针对雪龙号破冰船第八次北极走航,布放应变传感器阵列监测冰船作用过程中船体结构的响应,结合... 冰载荷是船舶在冰区航行中承受的最主要载荷。在冰、船碰撞过程中碰撞位置的随机性较强,导致实船冰载、荷识别方程求解存在着不适定性。论文针对雪龙号破冰船第八次北极走航,布放应变传感器阵列监测冰船作用过程中船体结构的响应,结合船体结构参数,建立测点位置和冰载荷作用位置跨区域的冰载荷反演数学模型,并用Tikhonov正则化方法求解冰载荷。计算结果表明该方法能有效识别冰载荷。将反演的冰载荷与国外相近破冰工况下破冰船承受的冰载荷进行对比,验证了论文使用的方法具有工程可用性。 展开更多

关键词 雪龙号破冰船 冰载荷反演 不适定性 TIKHONOV正则化

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一种再入飞行器结构的热流载荷反演方法 被引量：5

4

作者 刘子昂 陈强 +2 位作者 吴邵庆 李彦斌 费庆国 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期336-343,共8页

提出了一种基于共轭梯度法的再入飞行器热流载荷反演方法。以一维结构为例验证反演方法的有效性,并分析了材料温变热物性参数和传感器测量误差对反演精度的影响;进而针对热防护结构和返回舱结构开展了热流载荷反演分析。结果表明:本文... 提出了一种基于共轭梯度法的再入飞行器热流载荷反演方法。以一维结构为例验证反演方法的有效性,并分析了材料温变热物性参数和传感器测量误差对反演精度的影响;进而针对热防护结构和返回舱结构开展了热流载荷反演分析。结果表明:本文方法能有效地反演热防护结构和返回舱结构的热流载荷;考虑材料的温变热物性参数会使得反演过程存在非线性因素,通过修正计算中的灵敏度可更好地提高反演精度;当传感器存在较大测量误差时,通过降噪方法和收敛准则可以改善反演结果过拟合的情况,从而提升结构热流载荷的反演精度。 展开更多

关键词 再入飞行器 热防护结构 热流载荷反演 共轭梯度法

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高速列车轴箱轴承载荷反演方法研究 被引量：5

5

作者 李春昱 宋冬利 张卫华 《噪声与振动控制》 CSCD 2020年第5期126-132,共7页

轴箱轴承是影响高速列车运行安全的重要部件,精确获取列车运行状态下的轴箱轴承的动载荷具有重要的研究价值。通过建立包含实测轨道谱及轴承力源的高速列车SIMPACK模型,对列车运行工况进行仿真计算,获取轴箱振动加速度作为输入;建立基... 轴箱轴承是影响高速列车运行安全的重要部件,精确获取列车运行状态下的轴箱轴承的动载荷具有重要的研究价值。通过建立包含实测轨道谱及轴承力源的高速列车SIMPACK模型,对列车运行工况进行仿真计算,获取轴箱振动加速度作为输入;建立基于状态空间的时域动载荷反演模型,并引入动态规划算法优化计算,结合车辆系统动力学建立高速列车垂向动力学模型,确定系统状态空间方程系数。通过反演计算获得轮轨垂向力,结合轮对受力与轴箱轴承受载情况,根据力的传递关系计算轴箱轴承动载荷,实现利用轴箱振动加速度计算行驶状态高速列车轴箱轴承载荷的目的。反演载荷结果与真实载荷整体的波动趋势及幅值基本一致,具有较高的计算精度。 展开更多

关键词 振动与波 载荷反演 状态空间 车辆系统动力学 动态规划

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船体结构冰载荷反演方法及试验验证 被引量：11

6

作者 孔帅 崔洪宇 季顺迎 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期281-288,共8页

冰载荷是影响船舶冰区航行期间结构安全的重要环境载荷。船舶的冰压监测通常采用应变传感器,合理地布放传感器是识别冰载荷的基础。通过对比船体外板结构试验中的冲击载荷和不同测试方案下的应变信号,确定了最佳应变传感器布放方案;采用... 冰载荷是影响船舶冰区航行期间结构安全的重要环境载荷。船舶的冰压监测通常采用应变传感器,合理地布放传感器是识别冰载荷的基础。通过对比船体外板结构试验中的冲击载荷和不同测试方案下的应变信号,确定了最佳应变传感器布放方案;采用Green核函数方法建立了船体外板结构应变冲击载荷间的响应关系,并对采集信号在噪声影响下反演的不适定性进行了分析;采用Tikhonov正则化方法克服了载荷反演过程中出现的数值不稳定问题;最后将试验中的响应用到载荷识别分析中,反演的载荷可以较为准确地反映冲击载荷的时域特征并且载荷识别精度良好。 展开更多

关键词 冰载荷 载荷反演 Green核函数 TIKHONOV正则化方法 船体结构

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船体梁载荷反演方法与试验研究 被引量：1

7

作者 李俊龙 董威 +2 位作者 刘宁 冯国庆 任慧龙 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2022年第1期41-46,共6页

针对实际航行过程中船体梁载荷难以直接测量的问题,提出一种弯扭分解载荷反演算法,以弯扭耦合载荷作用下的结构响应为输入,分离并输出结构所承受的弯矩和扭矩,并通过船体梁弯扭分解试验对该算法的可行性进行验证。船体梁载荷反演结果表... 针对实际航行过程中船体梁载荷难以直接测量的问题,提出一种弯扭分解载荷反演算法,以弯扭耦合载荷作用下的结构响应为输入,分离并输出结构所承受的弯矩和扭矩,并通过船体梁弯扭分解试验对该算法的可行性进行验证。船体梁载荷反演结果表明,提出的弯扭分解算法能将船舶航行过程中耦合在一起的载荷进行有效的分解测量,具有工程可行性。 展开更多

关键词 载荷反演 弯扭耦合 模型试验 船体梁

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仿真与实测多信息融合的机械结构外载荷反演技术 被引量：1

8

作者 刘纯琨 丁晓红 +1 位作者 倪维宇 李官运 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期639-646,655,共9页

针对机械结构在复杂工况下载荷边界条件难以确定的问题,提出一种仿真与实测多信息融合的外载荷反演技术。首先建立待研究结构的有限元模型,在结构外载荷作用位置施加单位载荷,计算构件全场应变响应;然后基于D-最优设计原则得到应变测试... 针对机械结构在复杂工况下载荷边界条件难以确定的问题,提出一种仿真与实测多信息融合的外载荷反演技术。首先建立待研究结构的有限元模型,在结构外载荷作用位置施加单位载荷,计算构件全场应变响应;然后基于D-最优设计原则得到应变测试的测点最佳布置方案和最优载荷系数矩阵,据此建立外载荷与应变间的动态响应关系;根据得到的测点布置方案,在结构上粘贴应变片,测得机械结构在实际工作过程中的动态应变历程,基于该实测应变历程以及载荷与应变的响应关系,反演结构的动态外载荷历程。以液压挖掘机工作装置为例,通过提出的方法确定其动臂的铰点载荷,并将载荷反演结果作为动臂瞬态动力学分析的输入,计算得到基底测点和非基底应变仿真值,将实测值与仿真值进行对比分析,证明了提出方法的有效性。 展开更多

关键词 挖掘机 D-最优设计 测点布置 载荷反演 有限元仿真

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动载荷反演分析技术研究综述 被引量：16

9

作者 毛玉明 林剑锋 +1 位作者 刘靖华 狄文斌 《动力学与控制学报》 2014年第2期97-104,共8页

介绍了动载荷反演分析技术工程应用背景,综述了动载荷反演分析理论研究的最新进展.从动载荷反演分析理论、工程应用等方面回顾了动载荷反演分析技术的发展历程,探讨了动载荷反演分析研究中存在的关键科学问题,对动载荷反演分析技术应用... 介绍了动载荷反演分析技术工程应用背景,综述了动载荷反演分析理论研究的最新进展.从动载荷反演分析理论、工程应用等方面回顾了动载荷反演分析技术的发展历程,探讨了动载荷反演分析研究中存在的关键科学问题,对动载荷反演分析技术应用于实际工程,后续需要进一步开展的研究方向进行了展望. 展开更多

关键词 动载荷反演 结构动力学 反问题 奇异值分解 正则化技术

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基于压缩采样和模态分析的冲击载荷反演研究 被引量：1

10

作者 范志锋 梁栋 +1 位作者 李星 朱强 《测控技术》 CSCD 2017年第11期1-7,13,共8页

近年来,许多学者针对大型飞行器结构的冲击载荷识别进行研究,以期提高这些结构的安全性、降低维护费用、延长使用寿命。在大型结构健康监测中,如何快速、准确地获得冲击力是一个值得深入研究的问题。提出了基于数据的模态分析方法,取代... 近年来,许多学者针对大型飞行器结构的冲击载荷识别进行研究,以期提高这些结构的安全性、降低维护费用、延长使用寿命。在大型结构健康监测中,如何快速、准确地获得冲击力是一个值得深入研究的问题。提出了基于数据的模态分析方法,取代基于有限元分析的模态分析方法,解决传统载荷反演需要依赖结构力学模型的问题;并引入压缩采样理论,基于压缩采样理论提出了一种冲击载荷识别方法,其中包含了稀疏模型,即采样矩阵,还包含重构优化模型;该方法可以解决存储及传输的响应数据过于庞大的问题。最后,用一块大型航空铝板仿真实验来举例说明该冲击力识别方法,结果显示,该方法能够快速、准确地识别出作用在大型结构上的冲击力。 展开更多

关键词 结构健康监测 模态分析 压缩采样 载荷反演

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基于物理原型的带孔板载荷反演与仿真

11

作者 宋日晓 吕增岁 张立丰 《科技创新导报》 2017年第15期164-166,168,共4页

实际工程结构中有些载荷关键部位难以直接测量,针对这一问题,本文提出了用复变函数法进行结构连接件的载荷反演,并用带孔板模拟连接件进行了仿真验证。首先运用复变函数法推导出复杂边界条件下带孔板外载荷与测点解析关系,然后通过测量... 实际工程结构中有些载荷关键部位难以直接测量,针对这一问题,本文提出了用复变函数法进行结构连接件的载荷反演,并用带孔板模拟连接件进行了仿真验证。首先运用复变函数法推导出复杂边界条件下带孔板外载荷与测点解析关系,然后通过测量载荷关键点周围一定距离位置的应变或位移反演未知外载大小和方向,得到的结果与仿真的结果较为一致。 展开更多

关键词 结构 载荷反演 复变函数 带孔板 仿真

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基于位移测量的机翼载荷分布反演方法

12

作者 徐健 李浩聪 霍施宇 《航空计算技术》 2023年第1期38-42,共5页

机翼载荷的准确获取是决定机翼结构设计的关键,提出了一种基于位移测量的载荷分布反演方法。针对典型机翼结构建立了COMSOL有限元模型并获取了载荷与位移响应的关系,利用MATLAB调用了位移数据,采用Levenberg-Marquardt梯度算法实现了机... 机翼载荷的准确获取是决定机翼结构设计的关键,提出了一种基于位移测量的载荷分布反演方法。针对典型机翼结构建立了COMSOL有限元模型并获取了载荷与位移响应的关系,利用MATLAB调用了位移数据,采用Levenberg-Marquardt梯度算法实现了机翼载荷的高效反演。在此基础上,开展了不同载荷初值和位移测量误差对载荷反演结构的影响分析。分析结果表明:不同初值对载荷反演的影响可以忽略,证明方法具有良好的稳定性;位移测量误差对载荷反演结果影响较小,证明本方法具有较好鲁棒性。提出的载荷反演方法在机翼结构强度分析、优化设计和定寿延寿方面具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 机翼载荷 载荷反演 梯度算法 位移测量

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基于实测载荷的挖掘机动臂精细化焊缝疲劳寿命分析

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作者 熊敏 石劲松 +2 位作者 丁晓红 刘纯琨 李官运 《上海理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期502-508,555,共8页

针对挖掘机动臂疲劳失效多发于焊缝连接处的问题,建立精细化的焊缝疲劳寿命预测模型,基于实测载荷对挖掘机动臂疲劳寿命进行分析。以某特定型号的液压挖掘机动臂为分析对象,基于载荷反演技术获得挖掘机动臂在石方和土方环境作业下的铰... 针对挖掘机动臂疲劳失效多发于焊缝连接处的问题,建立精细化的焊缝疲劳寿命预测模型,基于实测载荷对挖掘机动臂疲劳寿命进行分析。以某特定型号的液压挖掘机动臂为分析对象,基于载荷反演技术获得挖掘机动臂在石方和土方环境作业下的铰点载荷,对动臂焊缝部位进行精细化有限元建模,结合焊缝材料的S-N曲线以及线性MineR损伤理论,分别预测动臂焊缝部位在石方和土方环境下的疲劳寿命。分析表明,焊缝部位在石方和土方环境下最低疲劳寿命分别为5.815×10^(5)和1.160×10^(6)次,此分析方法可为同类型机械焊缝结构疲劳寿命分析提供参考。 展开更多

关键词 液压挖掘机动臂 载荷反演 精细化建模 疲劳寿命分析

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一种基于比例反馈控制原理的动载荷时域反演方法 被引量：9

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作者 李辉 丁桦 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期602-609,共8页

通过借鉴系统控制论中的比例反馈控制原理,提出了一种新的结构动载荷时域反演方法。该方法在原开环系统的输出与结构模型之间连接一个虚拟的比例反馈增益,使得原来的开环系统成为一个虚拟的闭环反馈控制系统,系统控制信号为实测的结构... 通过借鉴系统控制论中的比例反馈控制原理,提出了一种新的结构动载荷时域反演方法。该方法在原开环系统的输出与结构模型之间连接一个虚拟的比例反馈增益,使得原来的开环系统成为一个虚拟的闭环反馈控制系统,系统控制信号为实测的结构加速度响应。反馈控制器将系统输出与控制信号之间的差值进行放大后作为反馈不断输入到结构模型中,直到差值趋于稳定,此时该差值与反馈增益的乘积经过高通滤波后即得到所反演的动态载荷。该方法将载荷反演问题的求解转化为正问题中的结构瞬态响应求解,采用一般的数值解法如New-mark法即可实现,因此计算比较简便迅速。该方法仅需要测量结构的加速度响应即可进行反演,便于实际应用,而且并不十分依赖于真实的初始条件,由于不存在误差累积的现象,反演结果具有较好的稳定性。最后,通过海洋平台结构冰载荷反演的模型实验和数值仿真证明了该方法的有效性。 展开更多

关键词 时域 动态载荷反演 比例反馈控制 数值模拟 平台模型实验

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基于深度学习的飞行载荷测试与反演方法研究 被引量：8

15

作者 金鑫 殷建业 王健志 《航空工程进展》 CSCD 2020年第6期887-893,共7页

飞行载荷测试技术对飞机的载荷设计、强度试飞以及寿命监控等有重要的意义。为了实现复杂翼结构气动载荷的实时在线分布测试,提出基于精细化有限元仿真数据驱动的载荷反演方法;使用深度学习方法建立神经网络代理模型,通过有限元方法构... 飞行载荷测试技术对飞机的载荷设计、强度试飞以及寿命监控等有重要的意义。为了实现复杂翼结构气动载荷的实时在线分布测试,提出基于精细化有限元仿真数据驱动的载荷反演方法;使用深度学习方法建立神经网络代理模型,通过有限元方法构建典型载荷下的结构响应数据集,对模型进行训练;将基于深度学习方法的翼面载荷反演结果与有限元计算结果进行对比验证。结果表明:总载荷的平均误差约为0.2%,压心位置误差约为1%,该方法可以使用少量的应变测点数据对整个翼面结构的载荷分布实时反演与重构。 展开更多

关键词 飞行载荷测试 复杂翼型 载荷反演 深度学习 数字孪生

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人工智能和数字孪生在船体结构安全评估中的应用探索

16

作者 徐博 韩涛 +2 位作者 朱俊侠 吴嘉蒙 胡帆 《船舶与海洋工程》 2023年第2期1-6,共6页

为能实时准确地获取船体结构载荷监测数据,顺应结构“数字孪生”概念的发展,对基于人工智能的结构载荷反演技术进行研究。介绍基于人工智能的结构载荷反演技术的研究进展情况,探讨其在船舶安全评估领域应用的有效性和难点。在此基础上,... 为能实时准确地获取船体结构载荷监测数据,顺应结构“数字孪生”概念的发展,对基于人工智能的结构载荷反演技术进行研究。介绍基于人工智能的结构载荷反演技术的研究进展情况,探讨其在船舶安全评估领域应用的有效性和难点。在此基础上,介绍数字孪生的基本概念和发展历程,并结合船舶领域已有的技术基础,探讨数字孪生的应用前景和亟需突破的关键技术。 展开更多

关键词 人工智能 载荷反演 数字孪生 船体结构 安全评估

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基于应变测量的结构载荷分布反演方法 被引量：4

17

作者 兑红娜 刘栋梁 +2 位作者 张志贤 潘绍振 杨龙 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期295-302,共8页

针对基于应变测量的载荷分布反演,首先对比分析现有几种影响系数法,并讨论影响载荷反演精度的几个关键问题。为解决单位载荷工况选取的难题,提出一种基于施密特正交化的最大垂直距离逐步筛选基工况法,从设计载荷工况库中筛选载荷基工况... 针对基于应变测量的载荷分布反演,首先对比分析现有几种影响系数法,并讨论影响载荷反演精度的几个关键问题。为解决单位载荷工况选取的难题,提出一种基于施密特正交化的最大垂直距离逐步筛选基工况法,从设计载荷工况库中筛选载荷基工况和应变基工况,建立一套完整的工程可行的载荷分布反演流程。为解决反向矩阵病态化的难题,引入Tikhonov正则化方法。以某型飞机机翼疲劳试验作动筒载荷和光纤传感器数据为算例,假设3种应变测量误差情况(无误差、5%随机误差、10%随机误差),验证了提出的载荷分布反演方法具有很高的预测精度和鲁棒性,可为新一代航空航天器的结构健康监控提供一条可靠的载荷识别途径。 展开更多

关键词 载荷分布反演 影响系数法 施密特正交化 基工况 TIKHONOV正则化

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