基于独立成分分析的结构模态参数识别

结构模态参数,包括模态振型、模态频率和模态阻尼,是结构健康监测与结构状态评估的前提.通过采用独立成分分析(Independent Component Analysis,ICA)技术将结构的响应信号分解为若干个相互独立的表征各阶特性的分离信号,进而采用单自由度系统参数识别技术对分离信号进行识别,从而完成对结构的模态振型、模态频率和模态阻尼的识别.最后,采用一三层框架模型作为数值算例对该方法进行验证.结果表明,ICA技术可以有效地识别结构模态参数.     

基于振动台试验的模态参数识别算法比较研究

基于结构动力响应信号的分析与处理,识别结构模态参数是结构健康监测和损伤诊断等研究及工程实践中的一个重要环节,同时也是前提和难点所在。经过近几十年的努力,结构模态参数识别技术虽然有了长足的发展,但到目前为止众多的参数识别基本算法及其改进仍然存在一些不足。本文对较为典型的识别算法问的共性、差异及不足进行了分析比较,并重点选取特征系统实现算法和有理分式多项式法,对同济大学土木工程防灾国家重点实验室12层钢筋混凝土框架模型振动台试验数据进行了处理,并对识别结果进行了分析、比较,以便为后续研究奠定基础。     

基于ARMA模型的桥梁结构模态参数辨识研究

模态参数辨识是对结构进行动力损伤诊断的前提,本文介绍了一种通过建立ARMA模型来辨识结构工作模态参数的方法.待检结构在环境激励下发生自由振动,用位移传感器测出振动响应数据,据此建立适当阶数的ARMA模型,并估算模型参数.根据模型参数与系统模态参数的关系算得模态参数.最后用稳定图法剔除虚假模态,确定结构真实模态.重点讨论用ARMA时序模型进行模态频率辨识的问题,并通过一个简支梁振动试验对该方法进行了验证,将试验结果与随机子空间法和ANSYS建模分析法的计算结果对比发现,3种方法识别出的前三阶模态频率基本吻合,且满足精度要求,说明在激励数据未知的情况下,基于ARMA模型的模态参数辨识法能够准确地识别出系统的模态参数.     

基于ITD法的结构模态参数识别

本文运用ITD(Ibrahim Time Domain)法来识别振动台模型试验的模态参数.在基于结构动力响应的分析中识别结构的模态参数是结构健康监测和损伤识别等研究及工程实践的重要内容,也是前提和难点.本文首先运用随机减量法对振动台激励下的结构振动响应数据进行预处理,然后用ITD法识别出结构的频率、阻尼比和振型系数.利用本方法对同济大学土木工程防灾国家重点实验室12层钢筋混凝土框架模型振动台试验数据进行了分析,并将识别结果与有限元分析软件的数值模拟进行了对比.结果发现:模型试验结构的3～6层为结构的薄弱位置,且自振频率在随着加速度不断增加的地震波输入下呈阶梯形下降了两阶,之后呈现波动状态,结构振型在第27工况之后也和前面有明显的改变.     

时频分析在环境激励下模态参数辨识中的应用

大型结构的模态测试、状态监测和运行状态下的结构模态参数辨识都使得传统的模态测试方法难以适用.相比而言,仅从输出响应辨识环境激励下的结构模态参数具有更大的灵活性.应用时频分析对响应信号作分解、重构操作能将复杂信号中的局部特征提取出来,进而进行模态参数的识别.     

利用图形识别模态参数法

本文提出一种识别动力字系统中结构振动模态参数的新方法，即图形法识别振动模态参数。该方法以三次以B－SpLine、Bezier、三次多项式样条以及自由曲线面等为基本工具，构成一套动力字系统的模态参数进行快速、直观地识别的新颖方法。     

基于应变模态分析的损伤识别方法研究

针对传统的结构损伤识别指标对结构早期局部损伤不敏感的现状,基于应变模态参数识别技术,研究了一种能识别早期损伤位置和损伤程度的损伤评价指标.该指标是测量结构上一系列关键点的应变,运用应变模态参数识别技术获得应变模态振型,并构造应变模态差这一损伤评价指标,达到了识别结构早期损伤位置和损伤程度的目的.数字仿真和实验结果表明,...     

虚假模态参数识别试验研究

为有效识别试验模态分析过程中的虚假模态和轴对称结构中的密集模态,对铝合金薄壳截锥壳卫星适配器样机的动态特性进行试验研究. 采用电磁激振器进行激励和压电加速度传感器采集响应,获得结构整体频响函数. 采用多项式方法拟合试验曲线,识别结构的模态参数. 系统比较单输入单输出、单输入多输出、多输入多输出等方法对频响函数曲线中密集模态参数识别的影响,并对比分析试验结果与有限元仿真结果,进一步识别试验测试曲线中的虚假模态参数. 试验结果表明:多输入多输出法更有利于分离轴对称结构的密集模态,试验获得铝合金截锥壳卫星适配器的前10阶固有模态;激振器安装不当导致频响函数曲线中存在虚假模态;对轻质结构进行试验模态分析时,需要考虑激振器的附加质量和附加刚度影响.     

一种不中断运行的既有桥梁结构损伤位置识别方法研究

结构损伤识别是了解结构健康状况,进而制定相应养护管理策略的基础之一.桥梁作为道路的关键点,如中断其运行会造成巨大的经济损失.如何寻求一种不中断其运行,而又能识别其损伤状况的方法是该论文的研究关键所在.随机子空间法是20世纪末提出的一种有效识别结构模态参数的方法,测试过程中无需对桥梁结构进行任何人工激励,仅需输出信号就可识别出结构模态参数,不必中断桥梁的运行.曲率模态方法识别结构损伤位置具有比结构振型更敏感的特性.论文将两种方法相结合,在不中断桥梁运行的前提下对其结构的损伤位置进行识别.最后,采用一数值模型案例对该方法进行验证.该方法可为桥梁健康状况诊断提供有效的理论依据.     

结构试验模态的计算机仿真分析

根据土木工程结构的特点,采用Visual Basic语言编写结构模态识别程序,使用频域单模态法识别结构模态参数,并采用计算机仿真分析技术讨论了在不同条件下的识别精度.分析结果表明,采用该程序识别结构的模态参数是可行的.     

基于阶次分析的风电机组在线模态参数识别与故障诊断

针对风电机组的健康监测和预警评估,将基于环境荷载激励的模态参数识别和计算阶次分析方法应用于风电机组齿轮箱系统的在线模态分析。设计并构建了风电机组在线模态参数识别与故障诊断系统,通过试验模态与在线模态识别参数以及不同环境荷载激励条件下的在线模态识别参数的测试结果对比,证明在线模态参数识别方法的可行性和实时性,系统运行稳定,数据可靠,为风电机组在线模态实测,多种环境荷载激励作用下动态特性以及故障诊断研究积累了大量数据。     

基于点谱相关函数的悬臂结构损伤识别

针对悬臂结构,提出基于点谱相关函数的损伤识别柔度法。该方法依据结构动力特征方程和悬臂结构的特点,利用柔度矩阵元素作为过渡,得到了结构模态参数与杆件物理参数之间的对应关系等式,讨论并提出利用结构自由振动信号的winger-ville点谱相关函数平方根值代替结构模态参数的方法,建立了点谱相关函数平方根值与刚度损伤系数的方程,通过求解方程组就能识别出结构单个或多个损伤的位置和程度。该方法物理意义明确,突卸荷载激励容易实现,且只需一次测量,无需损伤前后对比测试,有利于工程应用。最后通过两个数值算例,验证了所提方法的有效性。     

QPSO算法识别环境激励下结构模态参数

实际工程中,系统的输入一般是未知的或者是不可测量的,识别结构的模态参数只能采用响应信号。并且一般环境激励下结构的输入信号是可以假设为白噪声激励,其信号的功率谱可以视为一常数。笔者利用量子行为粒子群优化（Quantum-behaved Particle Swarm Optimization,QPSO）算法将环境激励下结构模态参数识别问题转化为一个多维优化问题。最后采用一数值模拟的三层框架对该方法进行验证。结果表明,量子粒子群算法可以有效地识别结构模态参数。该研究结果可作为结构损伤识别的基础。     

基于振动实验台的结构模态分析与研究

模态分析是工程振动领域的基本分析方法。以振动教学实验台为研究对象,对其进行实验模态分析和有限元模态分析,然后对振教台进行简谐激励验证实验,即给予实验台不同频率的简谐信号以激发其各阶模态振动。通过对上述三种方法实验结果的综合分析,确定振动教学实验台的模态参数。通过实验模态分析的结果验证有限元模型的正确性,简谐激励实验验证实验模态分析结果的正确性,指出这种综合分析方法可以更为可靠的识别机械结构的模态参数。     

基于轴向振型差变化率的空间刚架结构损伤研究

通过结构动态特性参数对损伤位置和损伤程度的敏感性分析,提出以轴向振型差变化率为标示量的空间刚架损伤识别方法。应用ANSYS建立了空间刚架结构无损伤和有损伤的有限元模型,选取轴向振型差变化率作为损伤标示量进行结构损伤识别。结果表明：一阶轴向振型差变化率不但能很好地对单一或多个损伤的损伤位置进行识别,而且可以初步识别损伤程度。将此方法应用到实验刚架模型中,实现了对刚架损伤位置的识别。轴向振型差变化率具有敏感性高、回避空间振动方向性、减少工作量等优点,是一种较理想的空间刚架损伤标示量。     

ERA modal identification method for hydraulic structures based on order determination and noise reduction of singular entropy

Modal parameter has been considered as one of the indices in assessing the working state of hydraulic structures. The method for obtaining the modal parameter indices is crucial for health monitoring of hydraulic structures. Traditionally, model parameters are measured from the prototype dynamic test under the excitation of special equipment. The preparation is time-consuming and the method is difficult to carry out. We propose a method in this paper to denoise, reconstruct, determine the order and identify modal parameters based on singular entropy (SE) of eigenmatrix. It can be used to solve the problem of system eigenmatrix order determination, and to identify the modal order and the characteristics of structures under the working state. Finally, this method is applied to identify the operational modal parameters of Ertan arch dam under different flood discharging states and vibration frequencies of the powerhouse with a two-row placed unit in Lijiaxia hydropower station during the unit halting process. This new method provides a simple way to identify the modal parameters of large-scale hydraulic structures under ambient excitation.     

汽车后扭力梁结构的模态分析

为揭示某汽车后扭力梁在实际道路激励工况下容易出现振动疲劳的机制,需要对结构固有振动特性进行分析。为了得到后扭力梁结构更为准确的固有振动特性,对模态试验中的悬挂位置、激励位置和测点位置的布置方式进行重点分析,并结合结构的实际情况进行优化。采用优化后的最佳模态试验法识别后扭力梁结构在自由-自由工况下的模态参数,得到结构固有频率和振型特征。通过对比可知：后扭力梁结构前10阶自由模态频率吻合很好,误差控制在6%内。这表明采用优化后的模态试验方案能够更为准确地识别结构的模态频率,得到结构固有振动特性。     

基于polyMAX的白车身锤击实验模态及灵敏度分析

针对传统模态分析方法的缺陷,采用polyMAX方法对某轿车白车身进行脉冲锤击法模态试验研究。首先建立白车身结构的测试系统模型,采用polyMAX方法进行试验模态特性分析,计算模态参数MAC值,并基此对车身结构进行灵敏分析。结果表明,模态测试系统满足精度要求：参数辩识结果有效可靠,结构参数的变化对车身结构的动态特性有较大影响,主要在于结构的质量和阻尼变化。     

转子分布不平衡和轴承特性参数同时辨识方法

针对转子模态动平衡的关键参数转子不平衡量和轴承特性参数难以确定的问题,提出一种基于轴承处振动响应的轴承特性参数和转子分布不平衡参数的同时辨识方法。以多项式函数描述转子质量偏心曲线,表征转子连续分布的不平衡质量;以有限元法建立转子/轴承子结构运动微分方程;采用虚功原理将连续分布的广义不平衡力转化为节点处的集中不平衡力并建立其与偏心曲线系数的关系,从而推导出轴承特性参数及质量偏心曲线系数的同时辨识方程,进而实现基于不同转速下轴承处的振动响应辨识出轴承特性参数和分布不平衡参数。以一个转子轴承系统为例进行了偏心曲线阶次对参数辨识的敏感度仿真,结果表明：偏心曲线阶次对参数辨识结果影响较小。以实测轴承处响应辨识得到的参数进行一阶模态动平衡实验,平衡后轴承处振动明显降低,验证了提出的辨识方法及其在模态动平衡中的有效性。