栓接结合部迟滞非线性建模与辨识方法.pdfVIP

第 34卷第 4期 振动、测试与诊断 Vo1．34NO．4 2014年 8月 JournalofVibration．Measurement Diagnosis Aug．2014 栓接结合部迟滞非线性建模与辨识方法 李 玲 ， 蔡安江 ， 阮晓光 ， 蔡力钢 (1．西安建筑科技大学机 电工程学院 西安，710055) (2．北京工业大学机械工程与应用电子技术学院 北京 ，100124) 摘要 由于栓接结合部是导致结构发生复杂非线性特性的主要 因素，而对栓接结合部的传统处理方法往往忽略结 合部的非线性特性或采用等效线性化的数学方法来建模，造成无法准确分析和研究栓接结合部的非线性动力行 为。通过实验研究结合部上微凸体间相互挤压、搓动引起的能量耗损机理，运用 1wan模型描述栓接结合部的迟滞 非线性现象 。在准静态条件下获得力一位移实验数据，利用无约束非线性优化方法和Newton迭代法辨识出 1wan 模型中的未知参数 ，从而获得随外载荷幅值变化下的迟滞非线性特性，并与实验结果进行 比较 。结果表 明，利用 1wan模型能够准确反映出栓接结合部所表现出的能量迟滞机理和非线性行为 。 关键词 栓接结合部 ；迟滞非线性；1wan模型；参数辨识 中图分类号 TH113；TB123 出L5_6]，后经 Segalman ]，Royston[，Song等[。] 引 言 的发展 ，将其应用在栓接结合部中。Segalman从唯 象模拟的角度 出发，阐述结合部 的非线性动力学模 栓接结合部 的存在造成了结构局部刚度和阻尼 型应是一种低维的、能充分反映结合部粘滑行为机 的不连续 。在振动环境下，结合部在切 向可能发生 理等的易于计算 的数学模型。Royston通过 1wan 相对滑移，在法向可能发生 间隙分离和冲击碰撞。 模型分析和数值模拟 了栓接结合部 的特性 。Song 滑移形式既包括只发生在结合部局部区域上的微观 等|1提出一种改进的 1wan模型 ，用于模拟连接面 尺度上的滑移 ，又有结合部整体相对运动的宏观尺 上随外载荷非线性变化的粘滑行为 。Quinn等_l] 度上 的滑动。间隙和碰撞形式也既包括微观尺度上 利用串联的1wan模型等效栓接结合部的黏着一滑动 的拍击 ，还有宏观尺度上 的分离碰撞 。黏着一滑动和 和间隙一碰撞 的非线性现象。Ivan等Ll基于 Kra— 间隙一碰撞是栓接结合部在振动环境下两种典型的 gelsky—Demkin理论模型建立了栓接结合部的本构 非线性行为_l1]。针对栓接结合部的非线性结构动力 模型 。 学问题 ，通常是基于线性化思想，要么忽略螺栓结合 笔者运用 1wan模型描述栓接结合部的迟滞非线 部特性，要么将连接等效为线性弹簧和线性阻尼单 性行为，通过实验研究结合部上微 凸体间相互挤压、 元组合的形式，然后采用模型修正、实验辨识等方法 给出弹簧单元和阻尼单元 的参数_2 。这种方法忽 搓动引起的能量耗损现象。通过在准静态条件下获 略了螺栓结合部的非线性本质 ，而简单地将复杂的 得的力一位移实验数据进行参数辨识 ，获得随外载荷 黏着一滑动和间隙一碰撞行为的效果用线性化的刚度 幅值变化下的迟滞非线性特性，并与实验结果进行 比 和阻尼来模拟，从