非平稳环境激励下结构工作模态参数识别法

为了研究非平稳环境激励下只根据响应信号识别系统的模态参数的问题,首先将自然激励技术(natural excitation technique,NExT)法的应用范围从理想白噪声扩展到了MA(q)模型。假设非平稳激励由(d-1)阶多项式趋势项与MA(q)模型之和构成,将其d阶差分后变成MA(q+d)阶模型;导出了基于激励和响应差分数据的运动方程,建立了非平稳环境激励下模态参数识别NExT法。用该方法对龙潭河大桥进行模态参数识别。识别的结果与有限元计算值一致,并且在非平稳环境激励下,该方法能够比标准NExT方法获得更好的模态参数识别结果。     

基于环境激励的工作模态参数识别

根据环境激励具有随机怀以及线性系统在环境激励下各输出点响应之间的相关函数与系统的脉冲响应函数具有相同的数学表达式等特点,给出了在线模态参数识别的理论,并提出了仅根据环境激励响应识别模态参数的新方法,该方法简单实用,不仅能在线识别参数,而且对单输入和多输入均适用,数值算例表明,该方法不仅能识别稀疏模态,而且也能识别密集模态,是一个有效的在线模态参数识别方法且具有鲁棒性。     

模态分解法辨识线性结构在环境激励下的模态参数

根据线性结构中白噪声响应之间的相关函数与脉冲响应函数具有相同的数学表达式的特点,用模态分解法把相关函数分解为不同频率的信号,然后把各个不同频率的信号看作单自由度系统脉冲响应进行模态参数辨识。该方法的最大优点是：（1）把多自由度系统的模态参数辨识问题转变为单自由度系统的模态参数辨识问题;（2）不存在模型阶数的选取问题;（3）对输出噪声具有鲁棒性;（4）从测试数据中直接识别实模态,避免了由复模态提取实模态问题;（5）仅根据一个测点的响应信号就可辨识结构的频率和阻尼。算例表明,用模态分解法辨识线性结构在环境激励下的模态参数是成功的。     

振动试验环境下微光瞄准镜模态参数识别

本文研究了微光瞄准镜在振动试验环境下的材料选择、结构优化设计和模态参数识别等问题。在最优控制理论的基础上,采用振动模态分析理论和曲线拟合方法,对不同模态和试验频率范围的系统频响函数试验数据进行了理论数值计算和曲线拟合,从而得到反映实际系统特性的模态阶次、阻尼特性和振型系数。试验结果表明,该试验系统第5、6和7阶模态工作频率接近系统的固有频率89.16Hz范围,模态工作环境对试件结构影响较大。所以在微光瞄准镜镜身材料的选择时,建议采用钛合金代替殷钢,因为它和主物镜的机械性能接近,在壳体设计时改变现有微光瞄准镜壳体结构,避开产生这样的频率范围。     

基于风载激励下桥梁结构模态参数识别

对桥梁结构长期运营造成的损伤进行检测时,传统的模态参数识别方法需要激振设备和中断交通,不仅复杂而且易给桥梁结构造成新的损伤。依据模态参数的变化可反映损伤程度的原理,提出无需激振设备的基于风载激励下随机减量/ITD法进行模态参数识别的在线检测方法,为桥梁结构损伤识别提供一种新的途径。识别的一阶固有频率及阻尼比的相对误差仅为1.39%和2.3%。     

环境随机激励下在役石油钻机井架试验模态参数识别

针对钻机井架的结构形式和作业特点,详细讨论了模态测试中若干试验参数,如激励方式、传感器位置以及频率分辨率等,提出了基于环境随机激励的钻机井架结构试验模态识别的一种有效方法.根据激振形式,推导了模态参数识别公式,依据结构响应的自功率谱识别井架的模态频率,依据互谱与自谱的峰值之比近似地识别模态振型.针对海洋和陆地钻机两种井架形式进行分析.该方法处理简单、快速、实用,适用于大型复杂钢构结构,具有一定的工程应用价值.     

基于风载激励下桥梁结构模态参数识别

对桥梁结构长期运营造成的损伤进行检测时,传统的模态参数识别方法需要激振设备和中断交通,不仅复杂而且易给桥梁结构造成新的损伤。依据模态参数的变化可反映损伤程度的原理,提出无需激振设备的基于风载激励下随机减量/ITD法进行模态参数识别的在线检测方法,为桥梁结构损伤识别提供一种新的途径。识别的一阶固有频率及阻尼比的相对误差仅为1.39%和2.3%。     

基于环境激励的模态参数识别方法比较研究

针对环境激励下模态参数识别方法的发展进行了综述,对目前常用的几种识别方法的原理和特点进行了阐述,并指出其各自的适用条件及待解决的问题。     

基于连续模型的大型结构模态参数识别

基于连续时间模型，利用导数的近似值代替导数值，运用最小二乘法估计结构参数．讨论了导数近似值的选择方法，并分析了算法的收敛性．研究了结构环境激励下结构物理参数的识别方法．通过仿真计算表明，该方法简单有效，能够使用在桥梁和建筑的健康监测和振动控制中．     

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.     

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.     

使用随机子空间法解决受力加速度响应的模态参数识别问题

当外力为高斯白色噪声激励,并且已知线性动态系统的初始条件时,加速度动态响应的随机递减函数和自由衰减振动响应不相等,这是因为在白噪声激励下此随机递减函数中存在一个奇异点;而直接使用有外力嵌入的受力加速度响应会对参数识别精度产生影响。针对随机子空间方法应用于加速度数据的数学基础加以论证,并证明用加速度响应来进行模态参数识别时,将会出现一个识别偏差问题;该偏差问题是因为其加速度相关函数,还受到外力之相关函数的影响。对原始随机子空间方法进行改进,采用无加权模式对Toeplize矩阵进行奇异值分解。透过一个三自由度动态系统的加速度响应进行模态参数识别。结果表明,该方法不仅能有效地消除外力的影响,更能提高其识别精度。     

改进的NExT-ERA时域模态识别法的误差分析

为进行结构损伤识别,用时域模态识别的NExT-ERA法,从脉动激励和测量噪声下有限时长和时间间隔的结构反应中提取高精度模态参数。改进的相关函数估计公式可消除传统相关估计引起的模态参数误差;利用稳定图对不同系统的阶进行识别,以减小系统定阶误差并选择高精度模态;根据Hankel阵奇异向量、奇值和模态参数的对应关系,分析时域模态识别误差的规律和影响因素。用某三自由度框架和主跨1 650 m的西堠门悬索桥模型验证有效。     

工程结构模态的连续型随机子空间分解识别方法

环境振动识别方法利用结构的输出信号识别结构的模态参数,主要的识别方法有时间序列分析法、ERA(eigensystem realization algorithm)法和随机子空间法,这些方法均基于离散模型．基于连续随机子空间模型,本文给出了一种识别大型工程结构模态参数的方法．运用SVD(singular value decomposition)分解将含噪声的输出信号空间分解为信号空间和噪声空间,然后直接估计结构的模态参数．SVD分解保证了算法的鲁棒性．最后讨论了一个7层框架的理想建筑,仿真计算表明,该方法简单有效,能够使用在桥梁和建筑的健康监测和振动控制中．     

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。     

特征系统实现算法中的模型定阶方法研究

特征系统实现算法中,模型定阶是最关键的一步,在研究了现有工作模态定阶方法的基础上,提出了奇异值差值法的模型定阶方法.通过两个试验对该模型定阶方法进行了验证,结果证明该方法是有效的、可行的.     

基于在轨辨识的空间柔性结构振动控制

为抑制空间柔性结构的振动,必须进行在轨动力学参数辨识,实时获得系统参数。该文针对空间柔性结构,建立了基于在轨辨识的振动控制方法。该方法运用特征系统实现算法辨识得到系统的动力学参数,然后利用辨识得到的参数设计最优控制器,抑制结构的振动。仿真和实验的结果表明,该方法辨识要求的数据短、辨识速度快,对主要振动模态的抑制效果明显,适合于空间柔性结构的在轨控制。     

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.