用互功率谱进行未知激励下的模态振型识别

在激励满足白噪声的假设下,可以将互相关函数代替脉冲响应函数用于多参考点最小平方复指数法,单独利用响应数据求出系统的自然频率和阻尼,但元法获得模态振型。该文提出卫和种用互动率谱求振型的方法,并对此理论进行了详细推导,以一悬臂梁为例对该方法进行了试验验证。结果表明,采用该方法能够有效地识别出模态振型,从而 弥补了复指数法在未知激励下进行模态分析的不足。     

基于数据驱动的应变模态参数随机子空间识别法

基于以应变和应变率为状态变量的系统随机状态空间模型,比拟基于数据驱动的位移模态参数随机子空间识别方法,建立基于数据驱动的应变模态参数随机子空间识别方法,用于环境激励下的结构应变模态参数识别,并通过数值算例和实例对识别方法进行验证。数值算例计算结果表明:应变模态参数随机子空间识别法可在各种噪声情况下较好地识别出结构的曲率模态振型,而且识别的曲率模态振型对局部损伤很敏感,具有较强的抗噪能力;实测算例识别的应变模态振型也与理论振型较吻合,从而进一步验证本研究识别方法的实用性。     

工作模态参数识别方法的研究

针对传统模态识别方法难以准确识别重频、高阻尼比的模态参数的特点,主要研究了系统在环境激励下不同工况用随机子空间法和Polymax算法识别的模态参数(模态频率、模态阻尼比和模态振型)的变化情况。随机子空间法是一种时域模态参数识别方法,在相邻模态的识别方面,它明显优于一些传统的模态识别方法。Polymax模态识别方法也称为多参考点最小二乘复频域法,在阻尼比的识别方面具有明显的优势。本文通过悬臂梁的对比实验研究验证了它们在不同激励条件下的有效性和可靠性。     

基于随机子空间法的异步实测桥梁模态识别

针对工程结构模态参数测试时，多个测点之间的时间不同步采样导致识别出的振型结果不准确问题，文章提出基于随机子空间法的异步实测桥梁模态识别方法，通过误差函数值表征不同步数据在分析过程中产生的数值误差程度，以误差函数为最小值时所对应的时间作为估计的时间延迟，并以此延迟修正异步实测响应数据；利用随机子空间法对修正数据进行模态参数识别，通过有限元模拟和实验验证分别讨论模态识别时，桥梁不同测点异步采样对振型识别的影响，验证所提出的时间延迟识别方法的准确性和可行性。     

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.     

应变模态法在悬臂梁结构损伤监测诊断中的应用

工程实际中各种结构的应变模态对于结构的微小损伤具有高度敏感性,依据这一特点及应变模态振型的变化,便于及时监测、诊断结构的损伤程度及损伤位置,以保证结构的可靠性及安全性.从理论和实验的角度探讨了应变模态的原理和参数识别方法,并通过实验对悬臂梁进行应变模态参数识别,获得了悬臂梁多阶应变模态的振型图.根据悬臂梁的振型变化,判断出结构微小损伤的具体位置,并由此验证结果将应变模态法应用于工程实际并对各种结构损伤进行监测诊断的可行性.     

模态参数辨识改进算法及其在振动台试验中的应用

结合数据驱动随机子空间法,提出了环境激励下结构模态参数识别的改进ITD法、改进STD法与改进复指数法。随机子空间法的识别精度高,其中Hankel矩阵经过正交投影计算可以保留原始数据中的所有信息,同时去除了噪声,将得到的P矩阵中的数据作为ITD法、STD法与复指数法的输入数据,这3种方法就不再需要采用随机减量法或者自然激励技术进行前处理,避免了这2种前处理方法的不准确性带来的误差,并提高了模态参数识别的计算效率。利用12层钢筋混凝土框架结构模型在振动台试验过程中地震反应记录,识别结构模型模态参数。从而证明3种改进方法在结构模态参数识别中应用的可行性。     

耗能减震结构的振型分解法

针对设置不同耗能器的减震结构在基于等效线性化的振型分解反应谱法进行分析中存在的等效线性化方法不同从而导致动力分析的计算精度和计算量不同的问题,文章采用实模态强行解耦振型分解法和复模态分析法进行对比分析,探讨2种方法在安装有不同耗能器的减震结构动力分析中的适用性.数值分析结果表明,对安装有粘滞耗能器的减震结构为保证计算精度宜采用复模态分析法,而对设置有粘弹性、金属屈服型或摩擦耗能器的减震结构,建议采用实模态强行解耦的振型分解法.     

含多裂纹悬臂梁的振动分析

基于Bernoulli-Euler梁振动理论,以等效扭转弹簧模拟裂纹引起的局部软化效应,推导了双裂纹悬臂梁的解析特性方程,提出了识别裂纹参数的"特征方程曲线交点法".通过数值模拟计算,讨论了裂纹位置与裂纹深度对梁的固有频率的影响.应用有限元软件ANSYS对双裂纹悬臂梁进行模态分析,将得到前3阶固有频率作为实测参数,代入双裂纹悬臂梁的特征方程,通过绘制特征方程曲线图,通过交点确定第2条裂纹参数,最后利用数值算例验证了该方法的有效性.     

随机状态空间模型在结构异常识别中的应用

对振动信号的随机状态空间模型,利用数据驱动随机子空间识别的计算理论得到结构的状态矩阵A.为克服状态矩阵的多样性问题,构造非奇异线性变换矩阵T,将状态矩阵转换为能控标准型,利用状态矩阵能控标准型中参数向量的向量角作为结构异常指标,对结构进行异常识别.数值实验验证了该方法的有效性.     

基于随机子空间的钢管混凝土拱桥模态参数识别

结构模态参数识别是结构健康监测领域研究的重点.基于随机子空间法理论,在环境激励下对某钢管混凝土拱桥拱肋进行模态参数识别,得到该桥拱肋的固有频率、阻尼比和振型等模态参数;用Midas-Civil有限元软件建立该桥梁的计算模型;对实测结果和计算结果进行对比,验证识别结果的可靠性.试验结果可作为该桥梁的损伤识别、使用状态评估和健康监测的基础.     

基于小波包变换的时间序列模型模态参数识别

提出了基于小波包变换的时间序列模型结构模态参数识别方法.该方法以线性的离散时间序列方程为基础,对结构的振动响应数据进行小波包变换分解,利用小波包函数的正交特性,建立量测点间的离散化运动方程,最后利用该离散化运动方程的系数矩阵,估算结构的模态参数(自振频率、阻尼比与振型).用数值模拟算例对此方法进行了验证,并与随机子空间识别方法结果进行了比较.结果表明,该方法可以正确地识别出结构的模态参数.     

基于应变模态小波神经网络的结构损伤识别方法

以框架结构为研究对象,利用小波分析和神经网络理论,结合二者的优点,运用小波分析来确定框架结构的损伤位置,运用神经网络算法来识别损伤程度,给出了基于应变模态参数识别框架结构损伤的原理,建立了一种识别结构损伤的小波神经网络方法.通过建立基于振型模态和应变模态的损伤识别方法,分别对9种不同工况下框架的裂缝位置进行识别,并对比了这2种模态下损伤位置的识别效果.然后,分别对框架的振型模态和应变模态进行连续小波变换,获得2种模态参数下的小波系数模极大值.利用神经网络去模拟小波系数模极大值与损伤程度之间的非线性关系来识别结构的损伤程度,并对比了这2种模态下损伤程度的识别效果.数值分析结果表明,小波神经网络可以有效地识别出结构的损伤位置和损伤程度,基于应变模态的损伤识别方法具有更好的准确性.     

关于复模态理论的数学方法、物理概念及其与实模态理论的统一性

本文系统地论述了振动结构参数识别的复模态理论的基本数学方法──状态向量法及拉氏变换法的特点、基本推演过程及基本公式，并论证了这两种方法的一致性；解释了复模态模型的物理意义．说明了ｓ城传递函数与频域传递函数的图象关系；用图解法形象地说明了复振型所反映的振动图象。最后，根据复模态理论推演了转化为实模态情况的条件，并从而导得了实模态模型的所有模态参数公式，论证了复模态理论与实模态理论的统一性。     

基于模态曲率相关性分析的结构损伤定位方法研究

基于对灰色相关性分析在结构损伤中的已有研究,对基于灰色模态曲率相关性分析的动力损伤识别技术进行了深入研究,首次提出了基于一阶振型数据的损伤定位敏感因子一模态曲率置信因子（MDCAC）,通过该参数的变化曲线,就可以根据不同节点在损伤前、后的模态曲率因子的大小实现对结构的损伤定位。通过悬臂梁的数值分析,验证了模态曲率置信因子（MDCAC）是一个对损伤极为敏感的参数,该参数不仅对单损伤可以准确定位,对于相邻的多损伤、不相邻的多损伤都可以精确识别,即使是小到1％的微损伤也可以通过该参数的变化曲线对损伤单元准确识别。运用该因子进行损伤定位时,只需结构的一阶振型数据,而且不论数据量的多少,该因子都能对损伤单元进行准确的定位,因此该方法在大型结构及复杂结构的损伤识别中具有广阔的应用前景。     

基于试验模态振型的结构损伤检测参数比较

结构在使用过程中,当受到外界环境变化(如腐蚀、疲劳、冲击、过载等)的影响时,容易产生损伤破坏.结构损伤会引起结构的几何形态或者材料性质产生变化.因此,无损检测技术对于确保结构的安全性、可靠性以及使用寿命有着至关重要的意义.结构损伤检测研究的主要方法是寻找到一种参数,它可以通过对测量得到的特征向量的变化值进行计算分析来获得.这种损伤敏感参数必须满足在损伤位置能够出现明显的"跳动"这个条件,从而可以判定损伤的位置以及程度.本文结合对悬臂梁的试验模态分析数据,对现有的两种基于模态振型的损伤识别方法进行了研究,并对这两种方法的可靠性进行了验证分析.     

不中断运营的既有桥梁模态参数识别

为了在不中断桥梁运营的前提下使结构模态参数识别结果更精确,采用随机子空间方法对汽车荷载和环境激励共同作用下的不中断运营的桥梁结构进行模态参数识别研究,并采用一三跨连续梁的有限元模型进行了验证。结果表明,随机子空间方法可以识别汽车、环境共同作用下的桥梁结构模态参数识别,可以有效地识别环境激励下的不中断运营的桥梁结构的模态参数,拓展了随机子空间方法适用范围。     

模拟环境激励下结构模态参数识别试验研究

为了实现结构基于振动特性的健康监测,进行了在线模态参数识别。综合自然激励技术和特征系统实现算法,进行了模拟环境激励下结构的时域模态参数识别。利用特征灵敏度分析得到质量归一化振型。对一个两层钢支撑框架模型进行了模拟环境激励试验和力锤激励试验;通过改变结构质量和特征灵敏度分析,得到质量归一化振型;同时进行了有限元计算分析。通过试验模态参数识别与有限元计算得到的模态参数的对比,证明了该方法的有效性。     

基于复Morlet小波变换的变压器绕组模态参数辨识

为了较为准确识别变压器绕组非线性系统的模态参数,对某10 kV变压器绕组进行了激振实验.基于实验数据,采用复Morlet小波变换法对变压器绕组固有频率及阻尼比进行辨识,并使用最小二乘法进一步对变压器绕组的对应振型进行了识别,得到了绕组的前4阶固有频率、阻尼比及振型.计算结果表明,实验用变压器绕组的各阶固有频率均远离电动力激励频率,各阶固有频率对应的振型呈现出较好的对称性,说明绕组结构设计较为合理.与PolyMax法进行比较,结果验证了基于复Morlet小波变换的识别方法对包括振型在内的变压器绕组模态参数识别的有效性和实用性.     

有限元模型修正法在结构动态设计中的应用

提出了一种结构有限元模型的局部修正方法，利用有限元模型的正交条件与特征方程建立设计参数修正量与实测模态参数的关系式，将逐次修正的有限元模型来扩展非测量自由度上的模态振型，通过迭代最终求解设计参数的修正量，并以实例验证了该方法的有效性。