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。     

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。     

基于振动台试验的时域结构模态参数识别法对比研究

目的对比不同的时域法对振动台试验中频率和阻尼比等不同模态参数的识别结果的精度离散特点,以便更加合理地加以应用并为后续研究提供参考.方法采用复指数法与ARMA时间序列法两种时域法,通过算法编程对同济大学防灾国家重点实验室振动台试验的12层钢筋混凝土框架模型在不同震级工况下进行模态识别.结果识别出了小震、中震与强震工况的结构模态参数,并进行了振型识别结果与有限元结果的对比,以及两种方法间频率精度和阻尼比离散度的对比分析,发现结果均符合实际工程的精度需要,未出现较大的离散现象.结论两种时域法均可有效地识别出结构的模态参数,尤其对频率的识别精度较高,两种算法的振型识别较为准确,识别结果与有限元计算的拟合度较高,但阻尼比的识别结果离散度较大,这种规律在中、强震级工况下更加明显.     

一种获取结构实模态振型的方法

为获取结构真实而精确的实模态振型,提出将复振型向量构建的特征方程应用于基于参考点的数据驱动子空间方法中进行结构模态参数识别的方法.为验证该方法识别结构模态参数的可行性和精确性,对一矩形截面悬臂梁端部突加一集中荷载,进行有限元时程分析,得到梁上一系列节点的加速度响应数据,进而利用提出方法识别了悬臂梁的频率、实模态振型及阻尼比.识别结果与悬臂梁模态参数的理论值吻合较好,表明利用复振型向量构建的特征方程结合基于参考点的数据驱动子空间方法进行结构模态参数识别是可行和精确的,该方法可以得到结构可靠的实模态振型.     

大跨度斜拉桥模态参数识别时频方法对比研究

利用苏通大桥结构健康监测系统(SHMS)记录的台风期间大桥加速度响应,分别基于希尔伯特-黄变换(HHT)和小波变换(WT)方法对该桥进行了模态参数识别,并将2种识别结果进行对比.在此基础上,进一步研究了模态阻尼比与桥址区实测平均风速的关系.结果表明:基于HHT和WT方法识别出的模态频率值基本一致;模态阻尼比差距较大,基于HHT方法识别的阻尼比均值略大于基于WT方法的识别结果;基于HHT和WT方法识别的模态阻尼比随风速的变化趋势类似.     

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.     

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。     

环境激励下湘潭莲城大桥模态参数识别研究

对环境激励下结构模态参数识别进行了理论分析和试验研究.基于随机振动理论阐述了峰值拾取法的基本原理和方法,并提出了虚拟响应的概念.从湘潭莲城大桥在环境激励下的加速度测试信号中提取高信噪比的虚拟响应信号,根据峰值拾取法对虚拟响应信号进行频域分析,识别了该桥主跨结构的固有频率、阻尼比和振型等模态参数.试验模态参数与理论模态参数基本吻合,验证了识别结果的可靠性.模态置信矩阵表明,结构的线性响应特性明显,竖向振动具有良好的正交特性.     

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.     

环境激励下鹤洞大桥模态参数识别分析与比较

在已建立的鹤洞大桥结构健康监测系统的基础上,同时采用GPS变形监测和加速度振动测试系统,在环境激励下对桥塔和桥主跨段进行位移和加速度响应的同步测试.采用基于总体平均经验模态分解法(EEMD)的改进HHT方法,对GPS系统监测位移进行时频域联合分析,同时对于桥面加速度振动测试数据则采用常规的功率谱峰值法进行频域模态识别.通过2种不同信号采取2种不同模态参数识别方法,进行系统辨识结果对比分析,发现GPS监测位移可以较好地反映主整体结构的低阶振型响应,基于EEMD的改进HHT方法能较好地处理低频非平稳随机信号的干扰及模态混叠现象的发生;相对于常规的功率谱峰值法,本文所采用的改进HHT方法对模态参数辨识结果具有更强的优越性.同时通过2种不同测试信号对于部分阶次模态的系统参数识别结果,与有限元数值分析结果较为相近,验证了上述2种测试结果的正确和可靠性.GPS变形监测系统与加速度动力测试子系统相结合,能较好地识别鹤洞大桥主要模态参数,为大桥的安全有效运作提供坚实依据.     

基于分布式无线智能传感器网络的结构模态识别

利用美国伊利诺伊大学结构健康监测项目组研制的ISM400无线智能传感器,分别采用分布式和集中式数据采集方法,对一个简支层压板进行了振动测试试验.采用自然环境激励技术(NExT)和特征系统实现算法(ERA)相结合的一种时域联合算法,仅利用输出信号对结构模态参数进行识别,并将识别结果与有限元模型的计算结果进行了对比分析.根据分布式与集中式两种数据采集处理方法识别的振动频率和模态振型,与有限元数值模拟结果吻合较好,验证了基于分布式数据采集的无线智能传感器网络在结构模态识别中的可行性.在大型土木工程结构需要布置大量传感器时,分布式无线智能传感器网络因其高度集成化和节约电源等优点,比采用传统的集中式数据采集方法更加高效实用.     

基于RD&ITD法的JJ160/41-K型石油井架结构的模态参数识别

模态参数作为石油井架结构重要的动力指纹,以JJ160/41—K型石油井架结构为研究对象,通过随机减量法获取环境随机激励下,井架结构的自由振动衰减信号,利用ITD法对单测点和多测点两种情况下的脉冲响应信号进行模态参数识别;并将有限元和频谱分析的模态参数进行对比分析。数值模拟分析表明,利用RD&ITD法识别的模态频率结果基本一致,而模态阻尼比的识别结果则相差较大,同时有限元分析表明,由于噪声的干扰,存在着虚假阻尼比,需要人为地进行甄别。故对于难以直接激励的大型石油井架结构来说,利用RD&ITD法进行系统模态参数识别是可行的,为做好井架结构的安全评估工作,减少工程事故隐患提供了有效的理论依据。     

轿车副车架模态分析与参数识别

在介绍结构模态试验方法的基础上,以桑塔纳２０００型轿车副车架为研究对象,采用锤击激励法和白噪声激励法进行了模态试验,又应用自编的３种模态参数识别软件作模态参数识别,并对识别结果进行误差分析。     

基于SIMO某军用运输车车架底板结构模态试验及分析

基于单点激振多输出（SIMO）试验模态法（EMA）原理对某型弹药运输试验跑车车架底板及其连接部分进行动态特性试验,提取模态参数和特征向量,并进行模态参数识别和各阶振型分析,试验结果与实际车载弹药振动环境基本吻合。与基于有限元分析软件HyperWorks计算结果做验证对比,结果基本一致。     

基于EEMD-小波阈值去噪的桥梁结构模态参数识别

为研究环境激励下大跨径桥梁结构振动响应特性,采用拾振器监测结构动态变形.针对监测信号中的噪声影响,提出EEMD-小波阈值联合滤波方法来提升信号精度.首先,利用EEMD算法对信号进行分解,基于平均周期图法和相关系数法双重判定准则剔除虚假分量,然后,结合小波阈值去噪方法对重构信号进行二次降噪,再利用RDT-ITD法识别结构模态参数.将滤波降噪和模态识别方法应用于天津永和桥实测振动响应分析中,并结合有限元分析结果进行对比.结果表明:EEMD-小波阈值联合滤波方法优于应用单一方法,能进一步提升信号精度;信号降噪后,利用RDT-ITD方法成功提取了结构前3阶竖向自振频率和相应阻尼比;识别的结构自振频率值与有限元分析结果基本一致,基频值相差3.07%.     

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。     

基于不完备模态测试信息的结构损伤识别方法研究

测试信息不完备、测量噪声等因素是制约结构损伤识别方法应用的主要难点.为此首先采用部分测点的实测模态振型数据和未测点的有限元模型模态振型数据构造出完整的模态振型.其次,建立了一种适合梁系和杆系结构的基于不完备测试信息的损伤识别方程,并采用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘算法进行了方程的求解.由于采用的是标量损伤模型,该方法可以同时进行结构的损伤定位和定量研究.最后,用一个平面桁架模型进行了数值模拟,重点考查了实测自由度数、模态数、测试噪声对损伤识别结果的影响.研究表明,在测试数据不完备及一定噪声水平条件下,该方法仍有较好的损伤识别能力.     

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。     

大跨桥梁结构健康监测系统振动传感器配置仿真

为了提高大跨桥梁结构健康监测系统在线模态参数识别中的模态分辨率,研究了振动传感器配置的非均匀布设方法.以润扬长江大桥悬索桥为例,以结构前16阶竖向振型为基础,运用基于主列筛选的传感器配置算法对该桥主梁竖向振动传感器配置进行了仿真研究.采用模态置信度矩阵非对角元素构造评估指标对4种传感器布设方案进行比较,包括七截面均匀布设方案、基于主列筛选算法获得的七截面非均匀布设方案、基于七截面均匀布设方案改进得到的九截面方案和基于主列筛选算法获得的九截面非均匀布设方案.由仿真结果可知,采用主列筛选获取的传感器非均匀布设方案获得的模态置信度矩阵非对角元较小,模态振型具有更好的模态分辨率.这一结果表明,非均匀布设方法更有利于大跨桥梁监测系统实现在线识别模态参数.