工程机械结构冲击载荷辨识分析

工程机械结构冲击载荷辨识分析

王广艺

中国电子科技集团公司第五十四研究所050000

摘要：本文提出以贝叶斯压缩感知理论为基础辨识工程机械结构冲击载荷的方法，通过实验测试，该辨识方法的准确性较高，并可以确保冲击荷载辨识过程保持良好的时效性，极大地增强了工程机械结构冲击荷载辨识能力，有效弥补了传统方法实际运用中存在的不足，提升辨识结果准确率。

关键词：工程机械结构；冲击载荷；辨识方法

引言：该类型项目建设中，均离不开工程机械的支持，其中机械结构应力载荷情况得到监测，不仅可以实时掌握工程机械的工况，又能及时发现影响工程机械结构性能的问题。如何精准辨识工程机械结构冲击荷载，是目前各相关人员需要考虑的问题。

1.工程机械结构冲击载荷参数分析

1.1建立冲击载荷结构模型

利用力学传感器，在栅格单元中建立冲击载荷结构模型，并采集工程机械结构对应的力学数据，目的是通过有效识别冲击荷载的传感信息对工程机械结构冲击荷载荷载进行精准辨识。冲击载荷结构模型建立参考图1。

图 1 冲击载荷结构模型

如图1所示，将竖向挠度、加速度、索力等参数导入传感器中，建立估计工程机械结构受力参量模型，使其更加准确地分析五轴坐标系中工程机械结构的力学特征，通过对机械结构的应变、竖向挠度等参数进行测试，即可将应变模量、竖向挠度具体数值进行获取。

基于多元线性回归模型，对辨识冲击荷载参数的模型进行监理，其冲击载荷力学方程如下：

在力学方程式中，为竖向挠度、为应变模量。每条支链上工程机械结构对应的多元回归分析参数为；若与机械结构的冲击载荷索力系数、应变点的应变参数及挠度参数是互不相关的关系，机械结构对应的冲击载荷结构模型如下：

由此可知，在获得工程机械结构冲击荷载结构模型的基础上，检测工程机械结构冲击载荷应力特征时，运用动应变及屈服响应监测方法，即可掌握工程机械结构冲击载荷应力特征[2]。为机械结构的冲击载荷索力系数；为应变测点的应变参数；为应变测点的挠度参数。

1.2检测机械结构的冲击载荷特征

基于动应变及屈服响应监测方法的运用，检测工程机械结构冲击载荷应力特征时，需要先获取冲击荷载的分量，一般采用经验模态分解法对其进行实测，并通过断裂行为评估模型，评估工程机械结构冲击载荷对应的力学采纳数。由支撑体负责承担工程机械结构的冲击载荷，在测试过程中，支撑面若出现变形情况时，可对摩擦装置基金预压力的冲击载荷进行分析，再根据优化后估计结果中的尺寸参数，获得用于检测机械结构冲击载荷特征的模型。从模型上提取和工程机械结构冲击载荷特征相关的信息及动态预警阙值，对工程机械结构的冲击力与位移的变化情况进行掌握。

2.优化工程机械结构冲击载荷辨识

2.1估计与辨识屈服刚度

以分析工程机械结构的冲击载荷结构参数结果为依据，完成冲击载荷屈服响应方程建立，对吸能元件的屈服刚度进行分析。基于一致的总体压缩距离设定，结合冲击载荷特征检测结果，完成加速度等效恩熙模型，以掌握受力作用下的加速度参数；弹塑性工况理想状态下，用以下公式表示屈服载荷：

式中屈服载荷与屈服刚度二者比例关系为；利用三自由度弹簧应力感知方法获取工程机械结构的冲击应力与相应的应变关系，可以通过以下公式表示基于贝叶斯压缩感知模型下的应变关系

由此可知，工程机械结构冲击载荷辨识的屈服刚度估计函数及辨识模型建立，可以将其结果作为估计与辨识冲击载荷参数的依据。

2.2估计与辨识工程机械结构冲击载荷参数

已掌握结构屈服参数响应与空间干系结构分布呈非线性应力特征，在此基础上感知与工程机械结构冲击载荷对应的动态压缩感知，获取结构塑性临界载荷。运用分析结构去取的方法，完成工程机械结构冲击载荷对应的贝叶斯压缩感知模型建立。不计算杆件进入屈服所产生的影响，根据湍流方程结果，获得工程机械结构弹塑性屈曲行为参数[2]。当结构屈曲参数响应和空间杆系结构呈非线性应力特征分布时，即可对冲击载荷对应的动态压缩进行感知，获得优化后冲击载荷辨输出函数。因此，根据机械结构的塑性临界载荷辨识结果，可实现实时监测与评估机械结构的工况及状态。

2.3仿真实验结果

根据稀疏正则化理论、自恢复阶段性特征以及于模糊度参数辨识等是对工程机械结构冲击载荷进行辨识时较为常用的方法，从仿真实验结果来看，虽然上述几种方法均可以在完成工程机械结构受力参量估计模型的前提下进行冲击载荷力学方程建立，并完成对冲击载荷的有效辨识；但缺点是上述辨识方法的输出稳定性不足。

本文提出基于贝叶斯压缩感知对工程机械结构冲击载荷进行辨识的方法，从仿真实验结果来看，除了可以满足辨识工程机械结构冲击载荷参数要求以外，某种程度上对机械结构的冲击载荷辨识能力也起到了强化作用。从辨识过程的时效性来看，实验测试次数增加的同时，冲击载荷辨识过程所需时间也随之变化，相较于传统辨识方法，本文提出所提出的辨识方法，需要在栅格单元中对工程机械结构载荷的力学信息进行采集，再根据受力参量模估计模型完成对冲击载荷结构模型建立。最后通过实现对冲击载荷动态压缩的感知，即可利用贝叶斯压缩感知模型提升对工程机械结构冲击载荷参数辨识结果的准确性。整个冲击载荷辨识过程的时效性明显更优，辨识过程所耗时间可控制在10s以内，实现对工程机械结果工况及状态的实时监测与评估，为后续工程机械结构及性能优化提供参考依据。

结束语：综上所述，以稀疏正则化理论、自恢复阶段性特征等为依据，辨识工程机械结构冲击载荷，是过去较为常用的辨识方法，虽然均可以对冲击荷载进行辨识，但却存在一定不稳定性。因此，提出基于贝叶斯压缩感知对工程机械结构冲击载荷进行辨识，该方法不仅提升辨识结果准确性，对工程机械结构冲击载荷辨识能力增强也能起到一定作用，同时也省去了辨识过程中不必要的环节，充分展现了该方法在实际运用中良好的时效性。

参考文献：

[1]赵雷. 基于贝叶斯压缩感知的大型工程机械结构冲击载荷辨识[J]. 成都工业学院学报,2022,25(01):7-10+24.

[2]高成,王怡豪,傅成城. MEMS微机械结构受冲击力学分析[J]. 传感器与微系统,2020,39(09):9-12+15.

作者简介：王广艺（1994年04月）男，民族：汉族，籍贯：河北省、石家庄市，职称：助理工程师，本科学历，研究方向：机械工程结构。