钢筋混凝土框架结构阻尼模态分析

一、引 言 本文采用机械阻抗的测试技术,在稳态正弦激扰下,应用振动模态参数识别的图解法 (导纳圆法),对不同的几何相似比的三个单榀框架结构进行了测试。重点探索结构阻尼与模型相似比的关系;结构未破坏前及出现裂纹后阻尼参数的变化规律。并从试验分析和理论计算两个方面作了对比。 机械阻抗技术最重要的应用之一就是由实测数据确定结构动态数学模型的有关参数,通常称为模态参数识别。用导纳圆拟合法确定结构自振频率和阻尼参数的基本原理是:对干实模态情况,导纳函数H。。…)与模态参数的关系为式中:K。,,co,,引分别为第i阶模态的刚度、…     

多自由度系统的参数识别

本文提出了在共振区的模态参数识别的方法。利用激发共振时的位移测量值,进行了加权最小二乘方法的计算和线性回归分析,得到了动态物理参数(阻尼和模态刚度)的近似表达式,其结果与脉动法所得结果比较接近。     

基于内积模极值法的悬臂梁阻尼识别研究

悬臂梁结构是小阻尼系统,模态阻尼对裂纹故障敏感,为了解决传统阻尼识别方法识别误差大的问题,创新性的提出利用内积模极值法和循环相减相结合进行阻尼诊断的方法。首先,应用内积模极值法识别出信号的某一阶模态参数,从原信号中除去该阶估计信号。然后,重复这种内积运算和相减步骤,形成迭代,模态之间的相互干扰在迭代计算过程中得到消减,提高各阶阻尼的识别精度。实验采用该方法进行悬臂梁阻尼识别,并改变悬臂梁阻尼模拟裂纹出现,当粘贴一片阻尼片时,在60 Hz和200 Hz附近模态的阻尼分别产生了0.000019和0.000112的变化。结果表明,内积模极值法和循环相减相结合可以准确识别出阻尼的微小变化,在工程上可以让阻尼成为一个重要的参数参与悬臂梁的故障诊断。     

回转轴系参数识别研究

本文以纺织机械中的一个重要部件——细纱锭子为例,从连续系统的复模态观点出发,研究了具有挤压油膜阻尼装置的回转轴系的参数识别问题,导出了连续系统振型方程的“共轭自乘积分式”,由此建立了具有任意分布的粘性阻尼和弹簧作用的连续系统物理参数和模态参数之间的关系,并且在对回转轴系进行复模态分析的基础上建立了识别系统油膜刚度和阻尼系数的迭代公式,从而只要采用单点激振、单点测量的方法即可足够精确地识别出系统的油膜刚度、阻尼系数。另外,本文还建立了求解回转轴系复频率的迭代公式。     

振动系统时变参数识别分析

本文利用变物理参数微分方程模型,讨论了刚度与阻尼随时间变化时,物理参数与模态参数的识别问题,比较了三种在线识别技术.数字模拟结果表明,采用变物理参数微分方程模型可比采用差分方程模型极大的提高最小二乘法识别阻尼比的精度.当加入系统的噪音较大时,有些改进识别方法失效,但最小二乘法仍能给出较好的估计.     

剪切型结构动力模型物理参数模态识别方法及应用

提出结构动力模型物理参数的模态识别方法,它利用递归算法对结构进行解耦,只用是的１个或２个模态数据即可识别结构物理参数,利用这种民识别的物理参数考虑了结构各杆件、各楼层裼 动态耦合效应及柱轴向变形的影响。使简化模型更接近原始模型,从而提高了动力反应的计算精度,给出了具体工程应用实例。     

指数型阻尼模型复模态更新及阻尼矩阵识别

提出了在模态测试的基础上识别得到指数型非粘滞阻尼系统中阻尼系数矩阵的方法.通过求解一个带约束最优化问题,得到满足系统特征方程的最优修正阻尼系数矩阵.考虑了实际模态测试中得到的模态参数的非完备性,可以利用有限的低阶模态,较为准确地识别出系统的阻尼系数矩阵,但随着系统的非粘滞阻尼特性逐渐增强时,想要精确识别出阻尼系数矩阵所需要的模态数目会逐渐增加.同时,进一步考虑到模态测试中复模态的虚部受噪声影响较大,提出了阻尼矩阵识别过程中对复模态虚部进行更新的方法,使之满足指数型阻尼系统特征方程,且利用上述方法得到的复模态虚部,能较为精确地识别出阻尼系数矩阵.由于目前对松弛因子识别的研究较少,在模态更新方法的基础上提出了不依赖于复模态虚部的松弛因子识别公式,并通过数值算例,验证了指数型非粘滞阻尼模型的阻尼识别方法及复模态更新方法的适用性和有效性,及松弛因子识别的准确性.最后通过悬臂梁的振动测试进行模态参数识别,并讨论了指数阻尼模型的适用性和合理性.     

利用时序分析方法识别模态参数的研究

本文对时间序列分析方法识别模态参数进行了研究。重点介绍了ARMA和ARMAV模型识别模态参数的原理,并用大量模拟实验检验了两种模型在分离模态、不同信噪比、大阻尼、密集模态等复杂情况下识别模态参数的能力,从结果可以看出ARMAV模型是一种有效的识别方法。     

转向架系统簧上质量的物理参数识别

提出了基于质量感应法、状态空间理论和模态空间理论的3种转向架系统簧上质量物理参数识别方法,设计了用于物理参数识别的定向激励测试工况,并通过仿真试验对以上参数识别方法进行验证及对比分析.结果表明,当采用质量感应法、状态空间理论和模态空间理论时,附加质量大小分别选取为系统质量的8%、17%和7%时识别精度较高;总体来看,模态空间理论的识别精度最高,状态空间理论次之,质量感应法最低;就质量参数、惯量参数、一系垂向刚度及阻尼参数识别而言,可以不考虑转向架簧上质量质心与一系悬挂下作用点位置高度差的影响;在高度差较小时,也可忽略其对结构参数识别精度的影响.     

利用局部线性嵌入的模态识别

提出了一种新的利用局部线性嵌入的模态识别方法。该方法以流形学习为理论基础,从提取结构的几何或固有特征出发,以系统结构的响应数据为分析对象,可识别出结构的模态参数。该方法的基本思想是,将结构的响应看作一个高维数据集,将系统的模态看作高维数据集的本质结构与固有特征,然后通过求解数据的低维嵌入进行模态参数识别。圆柱壳仿真结果表明:提出的利用局部线性嵌入的模态识别方法能够有效地进行模态参数识别;随着阻尼系数的增加,对于贡献量较大的模态,利用局部线性嵌入的识别效果优于基于主成分分析的识别效果。     

随机锤击法识别专用车架结构模态参数

结构动态试验中,用锤击法识别结构模态参数,近几年来已被广泛应用,通常锤击法激振能量有限,测得激励和响应数据信噪比甚低,影响模态参数识别的成败。本文提出用一种随机锤击法识别结构模态参数,它能将更多能量输入结构,提高了数据的信噪比,加快了试验速度。本文结合具体数据作出了论证。在4 t重复杂汽车吊专用车架上仅用280g重的小力锤,满意地获得了结构模态参数,并且与一般锤击法试验作了对比分析。     

机翼跨音速颤振特性的频域分析

从气动力影响系数矩阵的物理意义出发,推导出以气动力时域计算为基础的跨音速气动力影响系数矩阵的计算公式.通过求解非定常Euler方程,获得机翼简谐振动下的跨音速气动力时间历程,应用最小二乘法对模态气动力系数的时间历程进行曲线拟合,得到跨音速气动力影响系数矩阵,进而在频域内进行机翼的跨音速颤振特性分析.采用该方法计算了AGRAD 445.6机翼随马赫数变化的颤振边界,所得结果与文献的实验结果吻合良好,验证了该方法的可行性和准确性.     

基于小波变换和奇异值分解的模态参数识别方法

提出了一种新的基于小波变换和奇异值分解相结合的结构模态参数识别方法.该方法首先对环境激励下的结构加速度响应信号进行互协方差分析,得到时域互协方差响应,通过小波变换将互协方差响应转换到时频域中得到信号的时频系数并沿每一个尺度点提取协方差响应的小波系数阵,然后对提取的小波系数阵进行奇异值分解得到奇异值和奇异向量,最后从重组的奇异值和奇异向量中识别出结构的模态参数.文章对提出的方法进行了理论证明,通过三自由度系统的数值算例验证了该方法的可行性,表明与直接小波变换方法相比,其识别结果精度更高.     

基于结构水下冲击响应识别结构模态参数

在冲击载荷作用下,基于水下结构的动力学方程,结合Hilbert-Huang变换(HHT)推导出冲击作用下结构响应与模态参数的关系,并识别了水下结构的频率和模态阻尼比.HHT方法适合处理冲击等非平稳响应,设计的带通滤波器能自动选取截止频率,可以准确地得到各阶模态响应.且只需要结构适当一点的冲击响应,就可得到结构的固有频率和模态阻尼比.最后,以一水下矩形钢板为例,经数值计算在典型的爆炸冲击载荷作用下结构的振动响应,通过本方法得到了结构的固有频率和模态阻尼比,再以水下圆柱壳结构为例,同样得到了结构的固有频率和模态阻尼比,验证了本方法在冲击作用下识别水下结构模态参数的可行性.     

关于最小二乘复指数法的频域——时域模态参数识别技术

本文提出了一种识别模态参数的频一时域方法。用适当的谱窗去截取全景频谱,得到仅含一个或少许几个模态的频响函数,并作IFFT,即将所截取的频响函数转换成自由振动响应,然后利用LSCE法识别相应的模态参数.重复上述过程,那么所有包含在测量的频响函数中的模态参数就可以识别出。实验结果表明,文中所提出的方法与原来的LSCE法相比,具有许多明显的优点。它能容易地识别出小能量模态并节省大量的计算时间,而且从LSCE法计算的结果中很容易区别出噪声模态。     

基于多参考点稳定图的斜拉桥模态参数识别

针对激励未知情况下,运行模态分析容易遗漏真实模态和产生虚假模态的问题,提出了基于特征系统实现算法的多参考点稳定图算法.该算法通过设置不同的参考点,利用自然激励技术结合特征系统实现算法识别模态参数,以阻尼比、基于输出矩阵的一致模态指标和模态置信度作为判别指标,确定可信度最高的模态参数.运用该算法和增强频域分解法对大跨度斜...     

Modal Parameter Identification of Offshore Platforms under Ambient Excitation

This paper intends to identify the modal parameters of an offshore platform under ambient excitation, and to compare the identified results with theoretical solutions. Using ambient sources of excitation to determine the modal characteristics of large civil engineering structures is desirable for several reasons. The forced vibration testing of such structures generally requires a large amount of specialized equipment and makes the tests quite expensive. Also, an automated health monitoring system for a large civil structure will most likely use ambient excitation. The Eigensystem Realization Algorithm (ERA) is applied in conjunction with the common basis-normalized system identification (CBSI) to identify structural modal parameters (natural frequency, damp ratio, mode shape), with limited acceleration information. Finally,offshore platform numerical model gets output response data under ambient excitation. Simulated data from numerical model of an offshore platform under ambient excitation is used for the identification of the system. According to the comparison results, the proposed method is shown to be effective for modal parameter identification under ambient excitation.     

实测模态下三跨整体桥精细化基准有限元模型

以一座新建的整体式桥台桥梁(简称整体桥)为工程背景,建立服务于健康监测的精细化基准动力有限元模型.将设计阶段基于梁格法建立的全桥三维模型与采用梁-壳单元的精细化模型作为初始有限元模型,把环境激励下获取的实测模态信息(自振频率与振型)作为参照,基于参数灵敏度分析修正了上述两种结构模型.结果表明：尽管两种模型修正后都可以获得与实测模态尤其是频率值较好的吻合度,但修正后的梁格模型的模型参数严重偏离其真实的物理意义,难以作为长期监测的基准模型;而修正后的精细化梁-壳单元模型的模型参数物理意义明确,可以作为计入环境因素影响(如温度、湿度等)的结构长期监测的基准模型.该研究还基于动力试验和模型分析结果讨论了整体桥特有的结构-土相互作用的问题.     

结构时变模态参数辨识的时频分析方法

应用线性和二次时频变换方法，即短时傅里叶变换和魏格纳—维尔分布，进行了时变结构模态参数的辨识．通过对刚度突变和刚度连续变化的单自由度系统时变参数辨识的仿真，论述了两种时频辨识方法的特点．仿真结果表明，时频变换辨识方法是辨识时变模态参数的有效工具，而且魏格纳—维尔分布二次时频表示能得到比基于短时傅里叶变换的谱图更好的辨识结果．     

结构修改模拟方法及其应用

该文介绍了一种简便的结构修改模拟方法。该方法由已知的原结构模态参数和欲进行的修改量,直接求解修改所得结构的模态参数。该文还编制了计算机程序,并用典型构件对程序进行了考核,结果令人满意。文末介绍了如何应用该方法计算消除模态实验中附加质量对所得模态参数的影响之后的结构模态参数。