水工结构泄流激励动力学反问题研究进展

周敏华

淮安市水利勘测设计研究院有限公司南华分公司广东广州510000

摘要：水工结构的安排影响施工安全。水工结构泄流利用动力学原理，在研究水工结构泄流激励中有重要的作用。通过系统的研究水工结构泄流激励体系，从正问题的角度分析反问题。本文通过详细介绍水工结构泄流激励体系的特点，比较正问题与反问题的客观联系，通过对水工结构泄流激励动力学中存在的问题进行分析，评述其发展状况。

关键词：水工结构；泄流激励；动力学反问题；研究展望

引言：目前，我国的水工项目众多，发展技术也得到了不断的创新，与之相关的水利系统的数量也在逐渐增加，我国在发展水利建设，合理利用水资源方面取得了重大成效。水工建设作为水利工程的一部分，它的结构对整个水利建设的影响也是不容忽视的。要重视水工结构的设计，从施工质量以及施工的管理出发，探究完善水工结构设计的最佳方案。不科学的水工结构安排不仅会造成水工周围建筑物的腐蚀，还可能导致自然灾害频发，引起一系列安全事故。所以，对水工结构进行合理安排，利用泄流激励动力学研究水工结构，对于提高水工建设质量有重要的意义。

一、对水工结构泄流动力学反问题的认识

反问题与正问题是相对的，在探究一些科学性的问题上，使用较为广泛，它在上个世纪就已经被提出，正问题是由事物的原因到结果，而反问题是由结果推论原因。目前，我国在水工建设中还有很多不足之处，虽然很多学者已经提到水工结构泄流动力学的反问题，但是，空有理论知识是不能解决实践问题的，这个距离不是通过完善理论知识能够缩小的。所以，在研究这个问题时，应该将影响因素分类，根据目前水工的发展状况来看，将影响反问题的因素分为三个部分，第一就是模型的材料的选择，第二个是模型效果的影响，第三个是高频荷载的相似性差。在具体的实验过程中，要选择合适的参数，构建合理的物理模型，分析水工结构的合理性。反问题的提出有利于我们通过结果分析事物的本质。

二、水工结构动力学反问题的的研究内容

（1）模态参数辨识的研究

这是水工结构动力学反问题研究的一个内容。也是水工结构的研究依据。它是通过特定的试验，然后得出动力学的一系列有关数据，比如，结构的角度变化，各项测试项目的数据变化，系统将这些数据进行整合，根据试验结果确定模型的参数。要从以几个因素重点考虑。一个是固有频率，一个是模态阻尼比，还有一个是模态的质量和刚度。基于环境激励下的工程结构模态参数识别方法，解决了传统识别方法不能识别的项目。在参数选择以及理论上都比较自动化，在实际中运用比较广泛，但是，它并不是完美的，它也有一定的局限性，比如，它不能屏蔽噪音，一定程度上，受到噪音的影响，在识别过程中，噪音成为干扰因素，对测试结果会产生影响。所以说，提高此项技术的抗噪音能力对于整个系统的建设以及相关问题的研究也有重要的意义。

（2）荷载辨识研究

在水工结构泄流激励动力学反问题研究中，一般将研究的问题分为两个部分，一个是动态荷载的确定方法，还有一个是研究进展。就第一部分来说，确定方法有两个，一个是直接测定，另一个是间接测定，这两种方法在适应的条件下，才能发挥作用。直接测定是根据参数以及测量仪器直接观测测试结果。但是在实际的工程中，我们得到的数据往往是不准确的，不仅与水工的结构有关，还与结构的稳定性有关。在实际的工程建设中，考虑到实际因素的影响，在测量过程中往往用的是间接测量的方法，主要通过测量与结构相关的一些因素的变化来判断结构，比如，探究物体的加速度，速度等。对物体进行动态分析，探究其动力学因素。另一个部分是动态荷载的进展。它在上个世纪就被提出。在识别过程中，主要有两种方式，一种是频域方法，另一种是时域方法。频域方法与函数变化有关，这种方法已经有多年的实践经验了，相对成熟一些，应用的范围也比较广。时域方法与时间有关，根据时间建立动力学方程进行研究，在工程中比较常用。它能够识别非平衡动态的载荷。在实际的运用过程中，要根据实际测量的数据作为参数，要对整体工程进行评估，进而选择合适的荷载辨识方法。

（3）损伤诊断研究

首先，要明确损伤诊断的研究方法。在进行结构分析的过程中，要对结构进行全面的监测，看其是否有损伤，然后再进一步判断损伤的级别，要找到损伤的具体部位。目前，我国的水工结构损伤探测扔使用的是人工技术。操作比较麻烦，不符合监测规范。随着技术的不断更新。检测方法变为无损检测法。它的检测速度比较快，同时，该不会对检测物体造成损坏。我国的无损检测技术也得到了创新，从材料的选择到检测方法的多样性，比如，射线检测，超声波检测，还有渗透检测等。无损检测也有一定的检测范围，它适合在小型的局部检测中使用，不能全面检测。针对这种现状，就采用基于动力响应测试的损伤诊断法，它操作简单，并且成本比较低，具体方法是运用结构动力响应的测试原理，通过振动系统能够自动识别物体，进而自动选择参数，由专业人员判断损伤的位置，程度。

三、水工结构泄流激励动力学反问题研究中注意的问题

（1）要注重传感器以及相关器件的优化。对于传统的泄流机器来说，它的体积比较大，操作起来有一定的难度，如果加入传感器，传感器性能也会受到影响，导致测试的数据不准确，我们就更难判断实际情况。同时，它还不能避免噪音的干扰，我们在研究过程中，应该把重点放到提高传感器灵敏度，以及精度上。在此后的研究中，要深入了解传感器的更新设置方法。

（2）对于一些非线性变化的参数，在研究这类型问题时，我们应该运用假设的思路，将非线性的参数转化为线性的，在实际的数据输入过程中，输入的是白噪声，如果当作线性函数的规律探究时，那么结果中会存在很多非线性变化的规律。我们不能忽略非线性规律的影响，在实际的测试过程中，我们还要改变思路，探究更合适的探究方法。

（3）对于泄流器来说，它的体积比较庞大，在选择泄流器时，对其敏感程度也有要求，在监测过程中，应该重视其性能，选择性价比比较高的泄流器。使其充分发挥作用。

（4）水工结构设置要符合水工建设的实际条件，综合考虑各种影响因素，采用有效的健康的检测方法，提高监测的质量。同时，要提高专业人员的监测能力，要求他们有责任心，能够对检测工作有严谨的工作态度。

结语：水工结构泄流激励体系不仅对水利工程的建设有重要的影响，而且还影响到很多先进技术，比如，动力学的探究，测试技术，数据处理技术，还有计算机技术等。它能够有效综合各种技术，发挥其积极作用。在研究这类反问题中，也没有确切的答案，我们要完善研究的内容，将反问题推送到研究水工建设的中心，融入自己的理解。

参考文献：

[1]李守巨，刘迎曦，等.基于RBF神经网络的水轮机振源参数识别方法[J].大连理工大学学报，2007，47（1）：6-10.

[2]张建伟，崔广涛，马斌，等.基于泄流响应的高拱坝振源时域识别[J].天津大学校报，2008，41（9）：1124-1129.

[3]王山山，任青文.基于振动理论的水工结构无损检测技术研究综述[J].河海大学学报（自然科学版），2004，32（5）：550-556.

[4]冉启芳.无损检测方法的分类及其特征简介[J].无损检测，1999，21（2）：75-80.

[5]刘箴，唐岱新.建筑结构损伤诊断方法研究[J].哈尔滨建筑大学学报，2000，33（1）：37-40.