桥梁自激力状态空间模型时频特性,该文是关于自激论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
自激论文参考文献：
摘 要： 借鉴现代控制理论中对动态系统状态的描述方式,通过有理函数对颤振导数的近似表达而产生的自激力状态空间模型的具体列式依赖于有理函数的形式.为探究基于不同形式的有理函数的自激力状态空间模型的时频特性,选用工程上常用的有理函数的Roger格式和Karpel格式,以颤振分析中经典的具有理想平板断面的简支梁作为算例,对比了采用两种格式的自激力状态空间列式的颤振频域和时域分析结果.研究发现：两种格式的自激力状态空间模型均有较好的频域响应特性,相对而言基于Karpel格式的颤振分析结果对颤振导数拟合残差的改变更为敏感；两种格式的自激力状态空间模型有相同的时域响应特性,且气动状态初始条件的未知会带来颤振时域分析中结构响应的失真,通过限定表征自激力气动状态的气动系数的下限可以有效的解决该问题.关键词： 桥梁； 颤振； 状态空间； 时频特性
中图分类号： U441.3； TU311.3文献标识码： A文章编号： 10044523（2013）02019908
引言
1940年美国塔克马桥在建成通车四个月后发生风致动力失稳,成为桥梁抗风研究的起点.桥梁风工程经过70多年的发展,桥梁颤振理论和分析方法日臻完善.目前工程上描述桥梁断面气动弹性效应的非定常自激力模型主要有：Scanlan提出的基于颤振导数的时频混合模型[1],Lin提出的基于脉冲响应函数卷积积分模型以及Wagner提出的基于的阶跃响应函数的时域模型[2,3].基于颤振导数的自激力模型的桥梁颤振分析理论虽然相对完善[4～6],但无法应用于基于现代控制理论的颤振主动控制研究中.现代控制理论是以线性代数和微分方程为主要数学工具,以状态空间法为基础来分析和设计控制系统的,故颤振主动控制理论模型中必须将自激力在状态空间内实现表达.基于脉冲响应函数的自激力模型可以方便地实现自激力的状态空间表达,从而可以根据现代控制理论对动态系统的描述方式建立各种颤振控制措施的力学模型.
Roger和Karpel为实现机翼自激力的纯时域表达[7,8],使用有理函数近似表达Theodorsen函数,并给出了依赖于有理函数形式的自激力脉冲响应函数的具体列式.在钝体空气动力学中颤振导数取代了流线断面Theodorsen函数,描述桥梁断面自激力的脉冲响应函数的具体列式则依赖颤振导数的近似表达式.就工程上常用的颤振导数的有理函数近似的Roger格式和Karpel格式而言,自激力脉冲响应函数的具体形式不尽相同,而由此决定的自激力状态空间模型的Roger格式和Karpel格式也不完全相同.谢霁明、Chen先后基于Roger格式的有理函数建立了多模态颤振分析的状态空间法[7,9],Fujino基于Karpel格式的有理函数实现了状态空间内的二维桥梁颤振分析[8].然而就自激力状态空间模型的Roger格式和Karpel格式的时频特性的研究却未有报道,而对两种格式自激力状态空间模型的时频响应特性的准确把握可以更好地指导该模型的工程应用,同时可以为后续颤振控制工作的提供有效的技术支撑.
本文首先介绍了基于状态空间表达的自激力模型及桥梁颤振的状态空间方程,讨论了自激力状态空间模型的Roger格式和Karpel格式的主要区别,以具有理想平板断面的简支梁为算例,探讨了两种格式的有理函数对应的自激力状态空间模型的时频响应特性.
1自激力的状态空间列式
第2期郭增伟,等： 桥梁自激力的状态空间模型的时频特性振 动 工 程 学 报第26卷Scanlan自激力模型虽然能很好地描述作用于钝体断面上的非定常自激力,但是其时频混合特性不适用于时域分析.基于颤振导数的有理函数近似表达式,可以方便地建立自激力的时域表达式.自激力状态空间模型的Roger格式和Karpel格式的主要区别在于：（1）在m相同的情况下,Karpel格式仅引入m个气动状态,而Roger格式则会引入3m个气动状态；（2）Roger格式中每个气动状态只对一个自激力分量产生影响,每个自激力分量都对应m项独立的气动状态且仅取决于该m项气动状态,而Karpel格式中每个气动状态会对所有自激力分量产生影响,且每个自激力分量受所有气动状态的影响.
2基于状态空间的桥梁颤振运动方程
桥梁结构在均匀流中的运动方程可以描述为M+C+KY等于Fse （5）式中M,C,K分别为桥梁结构质量、阻尼、刚度矩阵；Y,,分别为整体坐标系下桥梁结构节点位移、速度、加速度向量；Fse为等效节点自激力向量.
3气动力系数的拟合
分离流的存在导致基于状态空间的自激力模型中气动参数需通过风洞试验进行识别,但由于自激力状态空间模型表达形式相对Scanlan颤振导数的表达形式复杂很多,气动参数的识别也相对困难,识别方法和技术也不成熟[10,11],故通常情况下自激力状态空间模型中的气动参数是通过拟合相应的颤振导数得到的.
通过求解（7）最小值,即可得到气动力系数Ai,D,E,Λ,λi（i等于1,等,3+m）.在采用非线性最小二乘法、共轭梯度法等优化算法时,式（7）的高度非线性使得拟合结果对气动力系数的初始猜想值很敏感,往往需要通过多次变换初始值,经过多次试算才能得到比较理想的拟合结果.鉴于此,本文尝试使用对初值无任何依赖的模拟退火算法求解式（7）的最小值[12].模拟退火算法来源于固体退火原理,将固体加温至充分高,再让其徐徐冷却,加温时,固体内部粒子随温升变为无序状,内能增大,而徐徐冷却时粒子渐趋有序,在每个温度都达到平衡态,最后在常温时达到基态,内能减为最小.模拟退火算法和初始值无关,算法求得的解和初始解状态（是算法迭代的起点）无关,且具有渐近收敛性,已在理论上被证明是一种以概率1收敛于全局最优解的全局优化算法.
4Roger格式和Karpel格式的时频响应特性自激力模型的频域响应特性是指结构最终的颤振临界风速和颤振频率,而时域响应特性则是指在颤振时域分析中自激力和结构的时域响应特性.通常情况下,自激力状态空间模型中的气动力系数是通过拟合相应颤振导数得到的,在完全精确拟合颤振导数的情况下,Roger格式和Karpel格式的自激力应该有相同的频域响应特性,即此时在频域内的颤振分析结果应该是一致的.然而在实际应用中不可能做到无残差的拟合颤振导数,故探讨两种格式的自激力状态空间列式的频率响应特性对颤振导数拟合残差的敏感性很要必要.同时桥梁颤振时域求解中涉及到系统初始状态的给定,虽然和结构相关的初始状态可以以假定的方式给出,但和此假定相对应的气动状态的初始条件则难以确定,这必然给基于自激力状态空间列式的颤振时域分析结果带来误差,故有必要针对自激力状态空间列式的时域响应特性展开讨论.
结论：关于对写作自激论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文7388换7850自激是怎样论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
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