连接结构动力学预测与辨识

本书介绍了连接结构动力学研究的一些通用基本理论，包括动力学建模、求解和系统辨识三部分内容。第一部分，针对连接界面黏滑摩擦接触行为引起的非线性特征，介绍了基于微细观接触机理和唯象模型的两类非线性动力学建模方法；第二部分，针对含局部非线性连接模型的结构动力学微分方程，介绍了谐波平衡法、高维非线性代数方程组迭代求解方法和非线性动力学降阶方法；第三部分，针对连接结构预紧状态的辨识问题，介绍了非线性系统辨识方法、动力学敏感特征提取方法和连接状态识别方法。本书在阐明连接结构动力学理论原理和分析方法的基础上，介绍了本团队近几年来的研究进展，并指出了工程装备结构动力学分析与性能评估面临的挑战。

博士，中国工程物理研究院总体工程研究所副研究员。主要从事连接结构的非线性动力学建模与求解方法研究。承担国防基础科研核科学挑战项目专题1项，国家自然科学青年基金1项，叶企孙联合基金重点项目子题1项。以第一作者发表期刊论文 20 余篇，其中，SCI检索10篇，授权发明专利2项。获十三五国防核科学挑战英才称号，中物院总体所先进青年。

第1章 绪论1.1 背景意义1.1.1 必要性1.1.2 挑战性1.2 连接结构动力学的响应预测1.2.1 连接结构非线性动力学降阶建模方法1.2.2 非线性动力学响应求解方法1.3 连接结构动力学的系统辨识1.3.1 非线性效应的系统辨识方法1.3.2 数据挖掘的系统辨识方法1.4 本书主要内容和结构框架第2章 连接界面的两类建模方法2.1 粗糙面微细观接触机理和统计分析的建模方法2.1.1 微凸体接触模型2.1.2 粗糙面接触模型2.1.3 参数研究2.2 数据驱动的唯象建模方法2.2.1 Iwan模型2.2.2 改进Iwan模型2.2.3 参数研究2.3 本章小结第3章 融合微细观接触机理和唯象模型的建模方法3.1 连接界面的典型非线性特征3.2 单调载荷的切向接触建模方法3.3 周期性载荷的切向接触建模方法3.4 非线性连接模型的参数辨识方法3.5 实验验证3.6 本章小结第4章 连接结构非线性动力学分析方法4.1 连接结构的非线性动力学微分方程4.2 谐波平衡法4.3 非线性迭代过程稳定收敛的改善方法4.3.1 松弛迭代法4.3.2 伪弧长延拓法4.4 三自由度质量弹簧振子算例4.4.1 数值仿真条件设置4.4.2 谐波截断对迟滞非线性接触载荷的影响4.4.3 非线性迭代过程延拓方法的影响4.4.4 外激励载荷幅值的影响4.5 二维螺栓连接梁结构算例4.5.1 数值仿真条件设置4.5.2 非线性迭代过程中延拓方法的影响4.5.3 外激励载荷幅值的影响4.6 本章小结第5章 复杂连接结构非线性动力学降阶方法5.1 基于模态叠加的动力学降阶技术5.2 基于局部非线性转换的动力学降阶方法5.2.1 迭代向量的降阶5.2.2 传递函数的构造5.3 非线性动力学响应求解的算法实现5.4 二维螺栓连接梁结构算例5.4.1 数值仿真条件设置5.4.2 非线性动力学降阶方法的影响5.4.3 传递函数构造方式的影响5.5 多连接薄壁筒结构的应用5.5.1 数值仿真条件设置5.5.2 非线性动力学响应结果5.6 强非线性系统算例5.7 本章小结第6章 基于自适应模式分解的敏感特征提取方法6.1 基于GVMD的模式分解方法6.1.1 VMD的基本原理6.1.2 GVMD的基本原理6.1.3 分解算法的数值仿真与对比6.2 振动响应信号敏感特征提取方法6.2.1 质心频率比相似性指标构造方法6.2.2 振动模式差分特征提取方法6.3 自适应模式分解的应用案例6.3.1 搭接结构脉冲激励振动响应处理案例6.3.2 搭接结构随机激励振动响应处理案例6.4 本章小结第7章 基于多分辨率分析的敏感特征提取方法7.1 QAWPT多分辨分析方法7.1.1 DTCWT基本原理7.1.2 QAWPT基本原理7.2 状态敏感特征提取方法研究7.2.1 多域特征提取7.2.2 基于DET的敏感特征优选技术7.3 多分辨分析特征提取的应用案例7.4 本章小结第8章 基于统计学习的预紧状态识别方法8.1 集成小波支持向量机的基本原理8.1.1 SVM基本原理8.1.2 小波核函数的构造8.1.3 基于PSO优化超参数8.1.4 基于AdaBoost集成WSVM8.2 基于EWSVM的结构连接状态识别8.2.1 连接结构状态识别模型8.2.2 松动状态识别的应用案例8.3 本章小结第9章 基于状态信息相似性的定量评估方法9.1 状态信息相似性分析方法9.1.1 TR-LDA基本原理9.1.2 基于TR-LDA的状态子空间投影9.1.3 基于SVDD的连接性能指标构造方法9.2 基于状态信息相似性的连接性能定量评估模型9.3 连接性能定量评估应用案例9.3.1 法兰连接结构随机激励实验9.3.2 轴向法兰连接性能定量评估9.3.3 横向法兰连接性能定量评估9.4 小结第10章 连接界面非线性载荷重构的预紧状态辨识方法10.1 非线性动力学子结构建模方法10.2 基于谐波平衡法的载荷重构方法10.3 非线性载荷重构方法的流程实现10.4 数值仿真验证10.4.1 数值仿真条件10.4.2 非线性载荷重构过程10.4.3 重构的结果验证10.5 实验结果验证10.5.1 实验装置10.5.2 非线性载荷重构过程10.5.3 重构的结果验证10.6 本章小结参考文献