高耸结构风荷载的识别与测量噪声影响分析

论文摘要

输电塔作为典型的高耸结构,所受外荷载主要为风荷载。由于输电塔的高度一般较大,侧向刚度小,另外风荷载又是一种随机荷载,在风荷载的作用下输电塔的某些构件很容易发生损伤而出现疲劳破坏。输电塔作为重要的生命线工程,其倒塌破坏将会造成巨大经济损失和不良的社会影响。大量的输电塔破坏研究报告表明,输电塔倒塌很多情况是由于结构或构件出现疲劳损伤而发生的强度破坏或失稳破坏。在以往的研究中,往往是通过测得有限测点的响应或应变来估计输电塔的损伤状况,但是由于测点有限,并不能完全估计出整个塔的安全状况或误差较大。通过测量有限测点的响应利用荷载识别的方法能够估计出作用在结构上的等效风荷载,但是由于输电塔高柔性的特点噪声对识别的精度有很大影响,就有必要对噪声对荷载识别的影响做进一步分析。因此找到合适的动力风荷载识别方法和对荷载识别进行噪声分析是极其重要和有其实际意义的。本文首先通过有限元软件ANSYS建立了输电塔结构的三维有限元模型,并对其模态和振形进行了分析,然后利用人工模拟出的等效脉动力动风荷载对输电塔结构进行了动力分析,求得输电塔主要节点上的动力响应,为后文的动力荷载识别做准备。本文利用模态分析识别方法和基于Newmark-β动力反分析的识别方法,以输电塔结构为例进行了等效动力风荷载的识别,并对测量响应中加入了不同程度的噪声来分析噪声对荷载识别的影响,结果表明噪声对识别的结果有明显影响。本文利用五点法荷载识别方法对输电塔进行了荷载识别,由于该方法对初值不敏感和避免了误差累积性,识别结果明显优于上述两种方法,并且针对噪声对荷载识别结果的影响采用了奇异值分解降噪措施,结果证明该方法能够降低噪声对荷载识别结果的影响,提高荷载识别的准确性,从而满足工程需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.2 高耸结构的风振响应
• 1.2.1 风的作用及风荷载模型
• 1.2.2 结构动力计算模型
• 1.2.3 风振响应分析
• 1.3 动态荷载识别的发展与研究现状
• 1.3.1 频响函数求逆法
• 1.3.2 模态坐标变换法
• 1.3.3 时序分析法
• 1.3.4 动态荷载识别的逆系统正解法
• 1.3.5 基于神经网络的荷载识别方法
• 1.3.6 Ibrahim识别方法（ITD方法）
• 1.4 信号降噪的发展和研究现状
• 1.5 本文所做主要工作
• 第二章 风荷载模拟及输电塔模型建立及动力响应分析
• 2.1 引言
• 2.2 风荷载的模拟
• 2.2.1 风特性的表达
• 2.2.2 平均风特性的表达
• 2.2.3 脉动风特性的表达
• 2.3 输电塔有限元模型的建立及动力特性计算
• 2.3.1 结构构件参数
• 2.3.2 有限元模型建立及模态分析
• 2.4 时域动力响应分析
• 2.4.1 输电塔结构动力分析
• 2.5 仿真算例
• 2.6 本章小结
• 第三章 输电塔结构等效风荷载识别及噪声影响分析
• 3.1 引言
• 3.2 输电塔结构等效动力风荷载及其识别过程
• 3.2.1 等效二维动力风荷载
• 3.2.2 荷载识别过程
• 3.2.3 噪声的加入
• 3.3 基于模态分析识别法及仿真算例
• 3.3.1 基于模态分析识别法
• 3.3.2 仿真算例及噪声分析
• 3.4 Newmark-β法反分析识别法及仿真算例分析
• 3.4.1 Newmark-β法反分析
• 3.4.2 仿真算例分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 五点法等效风荷载识别及去噪分析
• 4.1 单自由度系统荷载识别
• 4.1.1 系统参数已知的荷载识别理论
• 4.1.2 仿真算例
• 4.1.3 系统参数未知的荷载识别理论
• 4.1.4 系统参数未知的荷载识别算例
• 4.2 多自由度系统荷载识别
• 4.3 输电塔结构在风荷载作用下的荷载识别（无噪声）
• 4.4 奇异值分解法在信号降噪中的应用
• 4.4.1 相空间重构和奇异值分解
• 4.4.2 合理降噪阶次的确定
• 4.4.3 去噪效果分析
• 4.5 五点法荷载识别结果算例分析及去噪处理（含噪声）
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢