悬臂梁冲击动载荷识别的试验研究(3)
2.2基本概念介绍
振动问题十分常见，我们对振动的定义是机械或结构系统在其平衡位置附近的往复运动。为了便于分析振动问题，我们称具体的机械和结构为系统，定义施加在系统上的激励称为动载荷，由结构产生的位移、速度、加速度称为系统的响应。若已知系统模型和负载，求系统响应，称为响应计算或正问题。第一类逆问题是已知输入量和输出量，求系统特性，也可称为系统识别或参数识别。如果我们需要的是模态频率、阻尼和振型等，则称之为模态参数识别。此外还有物理参数识别，它是要求系统在物理坐标下的质量、刚度和阻尼。第二类逆问题是在已知系统特性和响应的前提下求载荷，称之为载荷的识别。这是本论文探讨的问题，要想载荷识别取得高精确度的结果，必须把它和第一类逆问题紧密联系起来，应该将载荷识别建立在可靠的系统特性基础上。
可以将一个系统定义为线性系统，如果该系统的微振动可以用线性微分方程（组）描述，将其振动称为线性振动。工程中还有不少振动系统必须用非线性微分方程组来描述，否则无法正确显示或利用其独特的行为特性，这样的系统被称为非线性系统，其振动称为非线性振动。振动系统的负载通常是非常复杂的，有许多是无法用确定性函数描述的，使系统的响应变的也是如此，例如飞机跑道的凸凹程度不可能用确定性规律表示，其剖面杂乱无序，只有在统计意义下才具有一定的规律可言。虽然飞机在单次着陆时的振动无规律可言，但在同一条跑道上多次行驶时的振动就具有了统计规律。汽车受到的振动、风载荷下的超高层建筑振动都具有这种特点，称这种振动为随机振动。现在，研究比较完善的是线性系统的随机振动，取得了不错的成果，而非线性系统随机振动的研究尚在发展之中。
为了能定性和定量地研究振动现象，需要建立与实际振动系统相应的数学力学模型。一个实际的振动系统由惯性质量、弹性和阻尼三个元件构成。
2.3 目前研究方法
载荷识别的研究涉及到多个学科，包括理论研究、实验验证手段、信号收集、数据图像处理等，但是研究载荷识别依旧要从三个主要方面入手。
（1)构建动力学模型。
动力学模型用来描述输入量与输出量的关系，反映系统的特性。目前，主要有三种构建模型的方法，简化做法是用弹簧、阻尼和质量块建立振动系统，此类做法过于简化，粗糙。第二种方法是运用有限元理论和模态分析法，此类方法在处理高频动力时模态会十分密集，不容易得出确切、易辨识的模态。第三种是统计能量法，它可以较好的处理高频动力模型。
（2）测试结构响应。
这部分有试验方法选择、优化仪器配置和数据处理等几个方面。不同的测量方法与测点、传感器的布置都会对识别结果产生影响。测试点之间的间距太短或太长会增加反识别过程的病态性。另外，对响应信号进行分析处理可助于减少噪声干扰。
（3）选择识别方法。
识别方法的选择是载荷识别工程中的最重要一环，模型参数以及响应都会由识别方法来处理，所以，正确的方法和手段是稳定提高载荷识别准确度的前提。学者们研究了许多不同的方法与手段，取得了不错的成果，但是，在实际应用中会存在一些问题，因此，动载荷识别的方法还有待更深入的研究。
通常，频域法和时域法是载荷识别的两种常用方法。两者区分的依据是在什么区域处理频响函数或模态参数，前者是在频域中处理，但是要先把数据进行傅立叶变换；而后者在时域中直接用离散数据完成分析。后来学者们又推理和创造出一些比较好的方法，如小波分析法、SWAT法、神经网络法等，载荷识别方法种类增加的同时其处理数据和识别的效果也在增强。