随机激励下基于ICA的结构模态参数识别

简要介绍独立分量分析(ICA)的基本原理,提出将ICA方法与随机减量法(RDT)结合起来用于随机激励下结构的模态参数识别。结合数值仿真算例和振动试验分析,验证所提出方法用于随机激励下结构模态参数识别的有效性。结果表明,ICA可以准确地从结构随机振动响应信号中分离出各源信号,并同时估计出各阶模态振型向量,源信号与结构模态坐标存在一一对应关系,再结合随机减量法和单模态识别法可识别各阶模态的频率和阻尼比。该方法仅利用振动系统的输出响应进行分析,适用于随机激励下结构的工作模态参数识别。     

环境激励下基于ESMD的结构模态参数识别方法

提出一种环境激励下基于极点对称模态分解(ESMD)的模态参数识别新方法。该方法首先利用带通滤波将实测环境振动响应分解成一系列单卓越频率的窄带子信号。然后,利用ESMD方法对子信号进行模态分解,得到若干单模态时程信号。最后,应用随机减量法对每个单模态时程信号进行处理,获得随机减量信号并由此识别模态参数(频率,阻尼比以及振型)。采用该方法识别一座5层剪切框架数值模型和一座3层剪切框架实验模型的模态参数,并将识别结果与理论值或者NExT-ERA方法识别的结果做对比,结果表明:该方法能较好地从环境振动响应中识别出结构的模态参数,具有良好的适用性和足够的精度。     

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。     

基于解析模式分解的密集工作模态参数识别

长大跨度的桥梁结构或者高层建筑的工作环境振动响应中经常包含密集的模态成分,并会出现模态叠混现象,而传统的信号分析方法往往难以识别结构的密集模态参数。提出一种基于解析模式分解理论与随机减量技术相结合的方法识别环境激励下的结构密集模态参数。对于工作环境激励下的结构振动响应,通过随机减量技术可以提取结构的自由振动响应,利用解析模式分解方法对具有密集模态的自由振动响应进行有效的分解,对每一阶自由振动响应利用最小二乘拟合方法识别出频率与阻尼比。通过两层框架的数值模拟以及对密集频率的密集程度指数和信号时程长度等参数分析,其结果表明通过随机减量技术提取的自由振动响应可以有效的减少模态叠混的影响,虽然提取的自由振动响应的时程长度比实际的信号时程要短,然而解析模式分解仍然能够十分有效的对短时程具有密集模态成分的信号进行有效的分解。最后,通过对一具有密集模态的36层框架的数值模拟,以及对一具有密集模态的3层框架的振动台实验,验证该方法可以有效的识别出环境激励下的结构密集模态参数。     

基于数据融合和LMD的厂房结构动参数识别研究

针对水电站厂房振动监测中,振动测试易受到环境背景噪声和测点位置的影响,研究数据融合和局部均值分解(LMD)的组合方法,以提高厂房结构振动信号的信息的完整性和信噪比。将不同测点振动信号进行数据融合处理,提高信号信息完整性;融合信号经LMD分解为若干个PF(乘积函数)分量,通过频谱分析重构信号获得降噪信号;对降噪信号进行识别以获取有效动态参数。通过仿真信号分析,结果表明:该组合方法在振动信号动参数识别方面相对于单一的数字滤波、小波阈值和集合经验模式分解(EEMD)等方法具有一定的优势。将该方法应用于水电站厂房振动实测数据分析也取得了较好的结果。     

一种未知激励下土木工程结构模态参数识别新方法

未知激励下的土木工程结构响应信号通常是随机的且噪声水平较高,因此对其进行参数识别具有挑战性。从未知激励下的振动响应信号出发,结合随机减量技术、解析模态分解、希尔伯特变换和卡尔曼滤波理论提出一种新的未知激励下土木工程结构模态参数识别新方法。该方法首先采用随机减量技术将实测的振动响应信号转换成自由振动响应信号;其次,运用解析模态分解理论将转换后的自由振动响应信号分解成各阶独立的模态分量信号;最后,采用希尔伯特变换估计出各阶分量信号的固有频率和模态阻尼比。然后运用卡尔曼滤波算法对估算出的频率和阻尼比进行滤波和平滑以得到更精确的识别值。通过一个含有密集模态分量的合成信号和一个未知激励作用下4层钢框架结构试验验证了该方法的有效性,研究结果表明:该方法在未知激励情况下仍然能够准确有效识别结构固有频率和阻尼比。     

混流式水轮机轴向动荷载识别

水轮机轴向动荷载是机组总轴向力的主要组成部分，其特性直接影响水电站厂房设计和安全经济运行。合理对其进行评估具有重要的意义。文中以一水电站厂房结构和机组联合现场振动测试数据为基础，将厂房结构和机组视为一耦联体系，采用改进遗传算法和有限元技术编写程序，对水轮机轴向动荷载进行识别。识别结果比较理想。该方法简单有效，具有较强的实用性。     

从结构平稳随机响应中识别模态参数的多输入多输出时域方法

本文讨论了从受平稳随机激励的结构的响应中识别振动参数的多输入多输出时域方法.提出了把随机减量法和多参考点复指数时域法加以结合,由随机减量法从结构平稳随机响应中得到多组自由响应,用多参考点复指数方法同时处理这些自由响应,以识别出模态参数.本文方法和Ibrahim,S.R.提出的把ITD和随机减量技术结合的方法相比,能识别后者可能遗漏的重频或密集频率,且有较高的精度.     

基于随机减量法的分布式结构模态参数识别

分区进行平行分析处理的技术已成为大型结构密集布置无线智能传感器网络检测结构系统的重要任务。提出基于随机减量法的分布式数据采集和模态识别方法。以两边简支板模型试验为例,采用ISM400无线智能传感器,通过自然激励法获得测试结构的响应信号,计算随机减量函数,然后运用特征系统实现算法提取系统的状态空间参数,并结合稳定图的方法剔除虚假模态,识别出结构的模态性能参数。以模态置信度为判据对比分析分布式算法与集中式算法的识别效果,结果表明两种算法吻合良好。     

停机过程中的水电站厂房支承结构动力特性识别方法

运行过程中的水电站厂房支承结构动荷载的作用复杂，确定支承结构动力特性是水电站厂房动力分析中的重要问题，然而常规的试验手段对结构有较强的破坏作用或者因难度较大不易实现。利用李家峡双排机主厂房真机试验中的测试数据，基于动力学原理分析了停机过程中结构振动及荷载的变化的特点，提出了一种应用停机过程识别厂房支承结构动力特性的方法。在该方法中，将机组测试与结构测试成果相结合，并充分利用小波分析的优点，成功地克服了停机过程分析中荷载变化历程长，结构振动非平稳等不利因素。     

大型桥梁模态参数识别的一种方法

提出一种综合运用经验模态分解(EMD)与随机减量技术(RDT)来识别大型桥梁模态参数的方法。首先利用EMD将桥梁在环境激励下的非平稳响应分解成一系列准平稳的本征模函数(IMF)分量,然后用RDT从中提取自由衰减响应,最后将该自由响应表达为一般解析形式,综合运用参数识别理论、最优估计理论识别出桥梁结构的多阶模态参数。利用南京长江大桥实测动力响应识别该桥的模态参数,并将识别结果与有限元分析结果及有关实测值进行比较,表明该方法具有很好的识别精度,适用于大型桥梁的模态参数识别。     

修正的ARMA模型在微悬臂系统辨识中的应用

在力学显微镜和光力学的研究中,微悬臂是一种被广泛使用的微机械器件。为了了解微悬臂的模态信息,采用ARMA模型对微悬臂进行系统辨识和模态参数识别。针对观测噪声会使时间序列模型辨识精度变低的问题,研究如何将带有观测噪声的ARMA模型转化为无观测噪声的ARMA模型。得到微悬臂的ARMA模型后将其转化为连续系统的传递函数,再从传递函数中求出微悬臂的各模态参数。为了减小微悬臂对外力的延迟响应时间,根据系统辨识得到的模型,构造一个复原滤波器,微悬臂的位移信号通过这个复原滤波器后得到作用力信号。仿真及实验结果证明了所用的系统辨识、模态参数识别及信号复原方法的有效性。     

基于解析小波变换的变压器绕组模态参数识别

电力变压器绕组的模态参数与绕组结构振动特性、动力特性优化设计及振动故障诊断密切相关,考虑到传统的模态识别方法在获取变压器绕组这类非线性系统参数时的局限性,在对某10 kV实体变压器绕组进行轴向激振实验的基础上,引入复小波变换法对测试得到的振动信号进行分析,同时使用Crazy Climber算法提取小波脊线,得到变压器绕组的前三阶固有频率及其对应的阻尼比。计算结果与目前通用的频域识别方法Poly Max法识别结果的良好吻合说明计算结果的正确性。此外,计算结果表明基于小波变换的模态参数识别方法具有较强的抗干扰性能力,适合于分析变压器绕组这类复杂结果的模态参数。     

Data-based model free hysteresis identification for a nonlinear structure

In the last two decades, the damage detection for civil engineering structures has been widely treated as a modal analysis problem and most of the currently available vibration-based system identification approaches are based on modal parameters, namely the natural frequencies, mode shapes and damping ratios, and/or their derivations, which are suitable for linear systems. Nonlinearity is generic in engineering structures. For example, the initiation and development of cracks in civil engineering structures as typical structural damages are nonlinear process. One of the major challenges in damage detection, early warning and damage prognosis is to obtain reasonably accurate identification of nonlinear performance such as hysteresis which is the direct indicator of damage initiation and development under dynamic excitations. In this study, a general data-based identification approach for hysteretic performance in form of nonlinear restoring force using structural dynamic responses and complete and incomplete excitation measurement time series was proposed and validated with a 4-story frame structure equipped with smart devices of magneto-rheological (MR) damper to simulate nonlinear performance. Firstly, as an optimization method, the least-squares technique was employed to identify the system matrices of an equivalent linear system of the nonlinear structure model basing on the excitation force and the corresponding vibration measurements with impact test when complete and incomplete excitations; and secondly, the nonlinear restoring force of the structure was identified and compared with the test measurements finally. Results show that the proposed data-based approach is capable of identifying the nonlinear behavior of engineering structures and can be employed to evaluate the damage initiation and development of different structure under dynamic loads.     

应用改进复Morlet小波识别电力变压器绕组模态参数

为准确识别电力变压器绕组模态参数,据某10 kV实体变压器绕组轴向激振实验结果,采用复Morlet小波对自由振动信号进行时频变换;使用改进的Crazy Climber算法提取时频图中小波脊线,获得变压器绕组前四阶固有频率及阻尼比,并将计算结果与PolyMax频域识别方法结果对比验证。结果表明,该方法能准确识别出变压器绕组前四阶固有频率,能更清晰显示信号能量随时间频率分布。基于复Morlet小波变换的模态参数识别方法抗干扰性能力较强,适合识别变压器绕组类复杂结构模态参数。     

密频系统模态参数辨识及其振动控制的研究进展

由于结构越来越复杂（如典型的大型柔性空间结构、准对称结构等）,系统的自由度不仅大大增加,还存在频率集聚现象。针对密频系统的模态参数辨识及其振动控制问题,从密频模态的判定准则,密频系统的模态分析方法、模态参数辨识方法,密频系统的可控性和可观性、模态截断准则以及密频系统振动控制律的设计等几个方面进行了较为全面的总结和回顾,对其中的辨识方法及判定准则作了比较。最后给出了密频系统的模态参数辨识及其振动控制中目前难以解决的问题,并指出这些方法将在卫星太阳能帆板、直升机旋翼、涡轮发动机叶片等存在密集模态的结构方面有着广阔的应用前景。     

考虑质量变化的空间拱结构小损伤识别方法研究

该研究针对空间拱结构损伤识别精度问题,提出了一种空间拱结构小损伤的动态识别方法。该方法在识别过程中考虑损伤区的质量变化的因素来提高了结构损伤识别的精度。在建立的空间拱结构损伤模型中,应用频率和振型的质量因子变化来表示损伤区质量的变化。应用Wittrick-Williams算法对损伤参数进行计算,根据计算结果来判定结构的损伤位置和程度。为了实现应用最少的测量模态和结构振动特性数据对结构损伤精确识别,建立了一个应用遗传算法的优化计算程序对损伤参数优化计算。在该优化程序中,应用初始的随机染色体群代表沿空间拱不同的损伤分布状况。通过对单一损伤、多个损伤区域和不同边界条件下空间拱进行损伤识别案例对所述方法进行验证,并分析解决了对称结构损伤定位唯一性的问题。结果表明,所提出的识别方法对空间拱结构的损伤具有较好的识别效果,所建立的损伤识别程序具有较高的识别精度。     

三跨斜交T梁动力特性分析

以107国道深圳元朗斜交桥为背景,首先对全桥进行环境振动测试,利用频域中的峰值法（PP）和时域中的随机子空间识别法（SSI）识别出三跨斜交T梁桥的频率、振型和阻尼比;利用ANSYS软件建立了全桥三维有限元模型,进行理论模态分析并和实测结果进行比较,并进一步分析了不同斜交角时动力特性的差异,探讨了此类斜交桥的动力特性。     

HHT方法在结构模态参数识别中的应用

结合青马桥的实测动力响应记录．研究HHT方法在结构模态参数识别中的应用。为讨论HHT方法处理非平稳数据的性能。将HHT方法分别用于平稳及非平稳的实测记录以识别结构的频率和阻尼，并与有限元分析及谱分析结果进行比较。对比表明HHT方法有很好的识别效果。在处理非平稳性数据方面具有明显优势．适用于土木工程结构的模态参数识别。