基于改进确定-随机子空间算法的桥梁结构模态参数识别

为了实现桥梁结构模态参数的智能化在线跟踪识别,提出了一种基于滑窗技术、模糊C均值聚类算法与确定-随机子空间算法的时域识别(SC-CDSI)算法。对桥梁结构的输入信号和输出信号进行加窗划分处理,分析了窗函数、窗口大小及窗口步长的确定标准;将频率、阻尼比及模态振型作为模糊C均值聚类算法的聚类元素完成对稳定图中有效模态的智能化辨识;以某振动台试验桥为参数识别对象,并将所得结果与MIDAS有限元结果作对比分析。结果表明,所提SC-CDSI识别算法可以精确实现桥梁结构频率的在线跟踪智能化识别,且识别的结果具有可靠性。     

环境激励下大型桥梁模态参数识别的一种方法

提出一种依据环境激励下结构振动响应的大型桥梁模态参数识别方法,该方法以限制带宽的经验模态分解（BREMD）和随机子空间识别（SSI）为基础,首先利用EMD将环境振动响应分解成一系列只含结构某一阶固有模态的本征模态函数（IMF）,然后利用SSI识别桥梁模态参数。针对大型桥梁自振频率低、模态密集的特点,引入屏蔽信号限制EMD过程中带宽以消除模态混叠;运用该法识别了赣龙铁路某特大桥的模态参数,并将其与峰值拾取法、SSI识别结果以及理论计算值进行对比,结果表明：该方法能有效的识别大型桥梁模态参数,屏蔽信号的引入解决了模态混叠问题,稳定图中的虚假模态得到抑制。     

基于谱系聚类的随机子空间模态参数自动识别

针对随机子空间模态识别过程因人为参与造成识别结果不准确的问题,提出在随机子空间识别过程中引入谱系聚类算法实现模态参数自动识别。通过两种不同状态矩阵计算方法所得到的模态之间的相似程度以及各阶模态的能量剔除由噪声、模态过估计等因素引起的虚假模态;引入谱系聚类算法对结果进行拾取,以频率、阻尼比、模态振型、模态能量作为聚类因子计算结果之间的相似性,通过其将计算结果分为若干类,提取元素多于一定值的类作为拾取结果,实现结果的自动拾取。通过数值仿真和实例分析验证本文方法的有效性。     

基于快速独立分量分析的模态振型识别方法研究

摘要：快速、准确地识别出结构的模态参数,特别是结构的振型是结构损伤精确识别与健康监测的重要前提。大多的模态参数识别时域方法都是从曲线拟合的角度或解算特征值的过程来实现。振型向量通过求解各阶模态的留数获得,这些方法依赖于模态频率与模态阻尼的识别。本文提出一种模态振型的直接提取方法,该方法基于快速独立分量分析技术,以模态响应之间的独立性构造目标函数,通过优化目标函数寻求振型向量的最优解,直接从结构自由响应或脉冲响应的数据矩阵中提取结构的振型向量。三自由度数值算例表明该方法有效,具有很高的识别精度且对测量噪声具有很好的鲁棒性。     

基于R-TPBSS的结构模态参数识别方法

提出了一种基于R-TPBSS算法的结构模态参数识别方法。该方法通过对响应信号进行稳健性白化处理,提高了算法的抗噪性。该方法将模态坐标和模态振型分别视为独立源信号和混合矩阵,以模态坐标的时间预测性大于响应信号的时间预测性为前提构造目标函数,通过优化目标函数,直接从结构自由响应中分离出各个模态,配合单点模态参数识别方法,提取出结构的模态参数。仿真结果表明,此方法具有很高的识别精度,对噪声很好的鲁棒性,密集模态下,同样能够准确的识别出结构的模态参数。     

基于不完备实测模态数据的结构损伤识别方法研究

在传统的基于模型修正的损伤识别中,由于实测模态信息有限而待识别参数过多,往往导致损伤识别方程出现较大误差,从而限制了该方法在复杂结构中的应用。为解决这一问题,对结构的自由度进行了分解,将损伤结构中模态振型的未测量部分表达为已测量到的模态振型、模态频率以及结构其它参数的函数。将损伤视为结构单元刚度的减小,利用完好结构的计算模态数据以及损伤结构扩充后的实测模态数据,建立了结构的损伤识别方程。运用信赖域优化算法对具有双重约束条件的目标函数进行最小化,识别出了结构各单元的刚度损伤参数。通过两个损伤识别数值仿真算例及实验验证,结果表明,在测点数量有限及测试噪声等不利因素影响下,所提方法只需运用少量的实测模态信息,即可实现结构损伤位置及程度的准确识别,同时算法具有较好的鲁棒性。     

环境条件影响下悬索桥模态频率变异性的定量评价

本文基于长期监测数据,研究了由环境温度、风、交通荷载和识别算法所引起的悬索桥模态频率识别的变异性。首先,采用多样本平均方法建立了温度-频率的季节相关性,减小了频率由识别算法导致的随机误差。其次,将模态频率归一化至某一参考温度以消除温度对频率的影响。通过分析小风速状态下温度归一化频率和加速度响应均方根的相关性,对交通荷载引起的频率变异性进行了定量评价,在此基础上采用交通荷载-频率相关性模型消除了交通荷载对频率的影响,最后定量评价了风速对模态频率的影响。分析结果表明：本文提出的方法可以给出大跨桥梁结构模态频率识别的变异性的量化评价,但目前模态频率的识别方法仍需进一步改进。     

基于R-SOBI的结构模态参数辨识方法

提出了一种基于稳健SOBI算法提取结构/系统的频率、阻尼比及模态振型的方法。运用该法提取系统/结构模态参数的步骤为:首先利用稳健SOBI的盲源分离方法采集的信号进行分离,然后将分离矩阵作为结构/系统的模态振型矩阵,最后再对各个分离后的单自由度信号提取频率、阻尼比参数。研究结果表明,提出的方法可以准确提取出结构/系统的模态参数,尤其是即使噪声环境下仍然能准确提取出系统的模态振型矩阵。     

温度影响下基于主成分分析和模态柔度的结构异常检测

在基于振动的结构损伤识别中,很多结构动力学的参数可用作损伤特征参数,如共振频率、振型、模态柔度等.结构损伤会引起损伤特征参数发生改变,但环境因素和运营条件的影响也会使这些特征参数发生变化,而且这种变化往往会掩盖结构自身损伤所引起的特征参数变化.如何剔除或减少诸多环境因素的影响,得到结构本身的真实状况(有损或无损),成为了桥梁损伤检测和健康监测中的一个关键问题.选用对结构损伤较为敏感的模态柔度作为损伤特征参数,通过数值模拟算例对比分析了结构局部损伤和温度变化对模态柔度的影响;对结构在不同状态下的模态柔度进行主成分分析,用残差建立其统计分布模式,用统计模式识别的方法识别模式差异,实现考虑环境因素影响的结构异常检测.结果表明,若不考虑温度对模态柔度的影响,易对桥梁结构的健康状况产生误判;运用基于主成分分析的结构异常检测方法可有效剔除温度对模态柔度的影响,实现结构异常的检测.     

修改的MPA法用于连续刚构桥的抗震性能分析

弹塑性时程分析方法是计算桥梁结构地震响应较为严格的分析方法,但该方法工作量大,计算复杂,不利于工程师进行结构设计。采用基于模态的Pushover分析方法(MPA法),对某高墩连续刚构桥梁进行抗震性能分析,根据建筑结构设计规范,要求振型参与质量之和需达到90%。通过理论分析,提出以振型贡献率提取振型参与计算的加载模式,剔除振型贡献参与质量比低于1%的振型,对高墩大跨连续刚构桥进行了推覆分析。这样既避免了全部模态参与计算的繁琐,又考虑了高阶振型的影响,并与弹塑性时程响应结果进行了对比。计算结果表明,修改的MPA法(MMPA法)应用于高墩连续刚构桥的抗震性能分析是可行的。     

适用空间网格结构模态识别的改进功率谱峰值法

根据空间网格结构模态密集特点,对传统功率谱峰值法进行改进。提出在获得所有测点平均正则化功率谱基础上,结合结构的理论振型特点计算辅助正则化功率谱,取两者并集为模态识别结果的方法,讨论有关判断准则。改进的功率谱峰值法可更好地避免模态遗漏及进行重叠频率的筛选,网架模型算例表明效果良好。并将编制的分析软件应用于深圳大运会主场馆振动监测系统中。     

桥梁结构真实模态的智能化识别

随着桥梁结构健康监测系统的不断普及,模态参数识别已被广泛运用于桥梁健康监测中以获取结构自身的动力特性值。虽然随机子空间算法作为模态参数识别算法中最为广泛使用的算法之一,但其依然存在稳定图中真实模态筛选难这一难题。基于此,在已有的研究基础之上进行了深入的研究。首先,提出桥梁结构真实模态存在的一般规律,并利用试验对其进行验证;其次,基于稳定图的基本原理提出以频率值、阻尼比以及振型系数为筛选因子的真实模态智能客观筛选算法。最后,以某大型斜拉桥为研究对象进行模态参数识别,并依次将算法所得频率值、阻尼比以及振型系数与动载试验结果和MIDAS理论结果分别进行对比分析,其结果表明:所提算法能运用于实际桥梁结构的真实模态识别,且识别结果具有可靠性。     

基于数据库的优化随机子空间法识别精度评价

模态识别精度评价贯穿模态识别研究的全过程,但基于单一或少数算例的模态识别精度评价方法存在偶然性,因此提出一种基于结构响应数据库评价模态识别精度的方法。数据库的关键数据是结构的模态参数理论值和结构响应;对于集中质量模型,提出一种基于模态参数构建结构物理模型(质量、刚度和阻尼矩阵),进而计算结构响应的数据库构建方法,并用算例验证了可行性。针对随机子空间法定阶难、虚假模态剔除难的问题,提出一种基于奇异熵增量定阶和稳态图两阶段虚假模态剔除的优化随机子空间法,并利用数据库方法对优化的随机子空间法进行了识别精度评价,结果表明：基于数据库的模态识别精度评价方法可行;优化的随机子空间法频率和振型的识别精度高、阻尼比的识别精度较低。     

基于DBSCAN算法的改进确定-随机子空间模态参数识别算法EI北大核心CSCD

桥梁结构的模态参数识别作为桥梁健康检测系统中的主要环节之一,参数识别的精确程度直接影响着桥梁健康评估的准确程度。因此,针对现阶段被广泛运用的确定-随机子空间算法(combined determine-stochastic subspace identification,CDSI)存在的不足,需人工参与稳定图中模态的辨识,提出了将基于密度的聚类算法(density-based spatial clustering of application with noise,DBSCAN)嵌入到该识别算法中,以提高模态参数识别的效率。首先简单介绍了CDSI识别算法和DBSCAN聚类的相关原理及定义,其次详细介绍了如何将DBSCAN聚类算法有效地嵌入到CDSI算法中,以实现对稳定图中模态的智能化辨识;最后以某大型斜拉桥为识别对象,并将识别结果与MIDAS有限元软件所得结果作对比,结果表明,所提改进CDSI识别算法能够精确地识别出桥梁结构的固有频率值,且所得模态振型图与理论振型图具有很好的相似性。     

基于PolyMAX的声固耦合模态试验研究

白车身的结构模态频率和模态振型反映了汽车车身结构的固有特性,对车内噪声有重要影响。车内空腔跟车身结构一样,同样拥有模态频率和模态振型。采用LMS数据采集系统对某国产SUV进行车内空腔声学模态试验。首先基于传声器阵列的方法获取响应点的信号,然后利用PolyMAX方法提取声学模态频率及振型。将声学模态频率与白车身结构模态频率进行对比分析,结果表明：车内空腔的第一、二阶声学模态分别跟白车身的第四、十阶结构模态有很强的耦合。最后通过实车测试验证了声固耦合共振时低频轰鸣的存在。可以在关键部件增加板厚、顶盖和地板附加阻尼层、顶盖加加强筋等方式改变车身结构的局部模态来破坏车身结构模态和声腔模态的强耦合状态,降低车内的低频轰鸣声     

模糊聚类算法稳定图应用于桥梁结构参数识别

将模糊聚类算法应用于稳定图理论,并将该稳定图与协方差驱动的随机子空间法相结合,进行桥梁结构模态参数识别&;#61472;。提出不考虑阻尼的影响,以频率为横坐标,以模态保证准则MAC中任一列数据为纵坐标的模糊聚类算法稳定图。通过比较稳定图中各聚类圆大小的方法进行稳定图真假模态的判别,从而使模态判别不再需要人的主观参与而变得更加智能和准确。通过简支梁和连续梁仿真分析验证了模糊聚类算法稳定图用于桥梁结构参数识别的准确性和较强的抗干扰性。     

利用曲率模态识别桥梁损伤的研究

针对在利用曲率模态识别桥梁损伤过程中遇到的一些问题,得出了适用于桥梁损伤识别的曲率振型计算公式;提出了曲率振型规范化处理方法,以便于识别结构损伤程度;对曲率零点处的变化量计算作了特殊处理,以避免此处引起的损伤识别干扰;并给出了传感器足够密集时的损伤程度估计公式,最后通过数值仿真验证了上述方法的有效性。     

广州新电视塔不同激励下动力特性监测

广州新电视塔结构健康监测系统监测到结构建成后不同激励（包括台风激励,地震激励和一般风荷载激励）下结构的动态响应特性。首先,比较了在不同激励下结构的加速度时程响应和功率谱密度。然后,利用加速度响应数据进行模态分析并比较了在不同激励下结构的模态参数（包括频率、振型和阻尼比）。最后,利用希尔伯特-黄变换获得结构在不同激励下的瞬时频率和结构响应能量分布,并与小波变换的结果相比较。结果可为了解超高层建筑在不同激励下的动力特性提供参考     

泄洪激励下高拱坝模态参数识别研究

模态参数的准确识别是对在线结构进行健康监测和损伤诊断的难点和核心之一。以拉西瓦拱坝水弹性模型为工程背景，对拱坝的模态参数进行时域识别。针对时域法所面临的噪声干扰以及由它引起的虚假模态识别与剔除和模型定阶问题，用小波技术对时域信号进行了消噪处理，综合自然激励技术和特征系统实现算法对环境激励下的拱坝结构进行模态参数识别，并用模态置信因子对虚假模态进行剔除。引入奇异熵的概念，建立了用奇异熵增量来实现系统定阶的方法和过程，研究表明，该方法得到的系统阶次有效可靠，使得定阶的界线更加清晰和稳定，避免了其它时域算法对系统定阶的盲目性，提高了数据处理和模态参数识别的速度。     

PolyMAX 模态参数识别算法的快速实现

PolyMAX 是近几年发展起来的宽频带模态参数识别算法,该方法在抗干扰能力、识别密集模态、以及处理大阻尼复杂结构方面具有非常好的特性。通过避免缩减正则方程计算中的矩阵求逆以及乘法运算,实现了该算法的快速实现。最后采用七自由度仿真算例与航空发动机涡轮盘实测算例进行验证。结果表明：快速实现能够在对识别精度影响很小的情况下显著提高参数识别速度。