海洋平台结构环境激励的实验模态分析

介绍了对位于渤海湾的“埕岛二号”中心生活平台所进行的现场测试实验,该平台为直立式导管架钢结构平台。此次现场实验是在波浪力、风等环境载荷激励下测试结构动力响应的。利用频域的模态识别法峰值法(PP)和时域中的自然激励法(NExT)结合特征系统实现算法(ERA)分别对海洋平台结构现场测试的动力响应数据进行模态参数识别;利用ANSYS建立了该平台结构的三维有限元模型,并进行结构的模态分析。海洋平台结构的理论和实验模态分析结果吻合较好,分析结果表明该类模态参数识别方法能够为结构损伤诊断提供基准模型,可以运用于实际结构的健康监测以及维护维修。     

通过频率改变率进行损伤定位的方法研究

本文基于频率法进行损伤识别的基础，从理论上推导了损伤导致某阶频率降低与损伤位置的关系和该阶曲率模态／应变模态的振型变化相近。并通过数值仿真的结果验证了理论分析的结果。在此基础上给出了损伤状态下通过不同阶模态频率改变率比值来进行损伤定位的新方法，并将其应用于实际钢梁的分析中，得到了较好的结果。最后文中阐述了通过频率法进行损伤识别的优点和局限性。     

振动系统参数时域识别的实践

本文阐述了用Ibrahim时域法和最小二乘时域法辨识振动结构模态参数的实施过程。利用柴油机推进轴系的横向振动试验及盘轴扭转振动模型的测量数据对固有频率及阻尼比进行了识别。得出的频率值与振动响应谱分析所得数值极为接近。文中还讨论了这些算法的特点以及使用微处理机进行数据采集的一些枝巧。     

超期服役大跨海港钢栈桥结构动力特性测试分析与安全评估

超期服役大跨海港钢栈桥结构动力特性方面的研究较少。采用现场测试与有限元数值模拟分析相结合的方式,对106m跨度的超期服役大跨海港钢栈桥结构的动力特性进行了系统研究,明确了不同激励方式对结构模态测试结果的影响程度,测试得到了超期服役的106m跨度的典型简支下承式抛物线型空腹钢桁架栈桥的动力特征参数,并根据三年的栈桥结构固有频率测试结果,基于结构固有频率变化对栈桥结构的安全状态进行了评估。试验与分析结果表明：初速度激励法、初位移激励法与脉动测试法测试得到的栈桥固有频率基本相同,因此,结构模态测试时,可根据现场的测试条件灵活选取三种激励测试方式,结果是一致的。现场实测得到的栈桥模态参数表明,栈桥结构的阻尼比不超过0.03,其竖向一阶固有频率在1.70Hz左右,竖向一阶振型具有一个振型节点,这是典型简支下承式抛物线型空腹钢桁架结构振动特性的特殊之处。根据三年的栈桥结构固有频率测试结果及变化规律,评估超期服役栈桥结构的安全状态是良好的,结论与现场外观检测的结果一致。以上工作和结论可为类似码头的简支下承式抛物线型空腹钢桁架栈桥的动力特性测试及结构安全检测评估提供一定的经验参考。     

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。     

大跨度人行天桥的振动影响测试与分析

目前大跨钢箱梁人行天桥往往满足结构承载力要求同时不能满足舒适度的要求，由于这种结构形式的固有频率较低，在道路车辆和行人的随机激励下就可能发生共振。具体测试分析了人行天桥的振动响应，最后得出结论，给出了处理建议。     

多人-桥竖向动力相互作用研究

基于弹簧-质量-阻尼行人动力模型及欧拉梁人行桥模型建立人行桥-多人耦合系统相互作用模型。通过实验室一低频型钢混凝土人行桥模型开展多人行走试验,验证了相互作用模型的有效性和适用性。采用状态空间法求解行人过桥时系统的瞬时模态,分析了不同人群密度下人群随机行走对人行桥动力特性的影响。对人群随机行走,还分析了不同人群密度和随机步态参数(步频、上桥时距和起步相位)对结构动力响应的影响。结果表明:考虑人群-人行桥相互作用,随着桥上行人密度的增大,人行桥基频略有降低,阻尼比显著增大;结构响应并不是逐渐递增的,其中考虑步频的随机性对响应均值的影响最大。     

应用时频分析方法辨识时变系统的模态参数

应用Gabor展开及Hilbert变换进行时变线性系统模态参数的辨识。利用非平稳信号的Gabor变换将结构响应信号表示在时频面上，并通过Gabor展开重构分离模态分量，建立每一阶模态的时变线性模型。对单模态时变线性模型应用Hilbert变换来辨识随时间变化的模态频率和阻尼。通过对刚度和阻尼慢变的两自由度系统模态参数的仿真辨识验证辨识方法的有效性。仿真结果表明：本文方法为时变线性系统的模态参数辨识提供了一条新的途径。     

基于模型修正的钢管焊接结构焊缝损伤识别

摘要：本文提出了一种基于模型修正的钢管焊接结构焊缝损伤识别方法。利用从发射台骨架试验模型获取的模态参数,选择识别结果中精度较好的模态频率作为模型修正的基准频率。通过对待修正参数的灵敏度分析,运用ANSYS和MATLAB软件对有限元模型进行了修正。以实测模态和计算模态之间的误差建立一个带约束边界非线性最小二乘目标函数,将损伤识别问题转化为优化问题,并采用信赖域方法求解该优化问题。以有限元模型焊接结点单元组弹性模量的降低模拟焊缝损伤,并假定了两种损伤工况,通过对发射台骨架模型的数值仿真及试验研究,结果表明本文提出的损伤识别方法识别效果较为理想,为解决这种复杂焊接结构焊缝损伤识别问题提供了新的思路。     

用Poly MAX方法进行弹性地基板的实验模态分析

对弹性地基上自由板进行了脉冲锤击法模态试验研究。针对传统模态识别方法难以准确识别重频、高阻尼结构的模态参数的特点，利用LMSTest．Lab软件中Poly MAX方法对地基板的传递函数进行模态参数估计和识别。实测及分析表明实际地基上的自由板不存在纯刚体模态。利用识别的模态频率分别对Winkler地基，双参数地基的地基参数进行了识别。利用蒙特卡罗模拟计算地基参数以标准差5％变化时的频率值，发现地基的不均对弹性地基板的频率值有着重要的影响。为道路工程和岩土工程中混凝土板的地基参数识别和损伤诊断提供了手段和方法。     

钢箱提篮拱桥整桥模态试验研究

随着大型柔性桥梁建设的迅速发展 ,其长期安全运行的健康监测的评估得到很大关注。通过试验模态分析对验证设计、建立结构的动力学模型以及桥梁安全运行状态的评估具有重要意义。拱桥桥面主梁与拱结构耦合振动 ,其模态试验比斜拉桥更加困难。本文通过我国首座建成的云南小湾钢箱提篮拱桥模态试验和竣工试验 ,提出了一种节省试验成本的基于环境激励下桥梁模态试验方法 ,取得了拱桥整体振动的较为正确的模态频率、阻尼及较理想振型 ,与有限元计算基本吻合。     

2.5维C/SiC复合材料板弹性参数识别方法研究

以大型商业有限元软件NASTRAN为计算平台,提出了基于模态试验结果的2.5维C/SiC复合材料板弹性参数识别方法。基于复合材料板的模态试验结果,采用模型修正的思想构造优化问题,其中目标函数定义为实测模态频率与计算频率之差的平方和,将以刚度平均法获得的复合材料弹性参数的理论预测值作为优化问题的初值,充分利用了材料参数的先验信息,然后对材料参数进行灵敏度分析,通过迭代求解识别出复合材料板的弹性参数。识别后,C/SiC复合材料板第1-4阶模态频率的复现精度明显提高,并能保证第5-8阶模态频率的预示精度。研究结果表明,方法能准确识别2.5维编织C/SiC复合材料的弹性参数,并为复合材料等效建模以及进一步动态特性研究提供参考。     

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。     

基于响应面的刚构-连续组合梁桥有限元模型修正

首先对响应面法在有限元模型修正中应用的主要问题,包括实验设计、参数筛选、响应面拟合及参数优化等进行了讨论,进而基于现场动力试验数据对一刚构-连续组合梁桥#x02014;靖远黄河大桥的有限元模型进行了修正。选取箱梁和桥墩的弹性模量以及连续墩顶支座及边跨联端支座的横向和竖向刚度为修正参数,采用中心复合设计法进行实验设计、计算样本值,分别构造两个响应面模型,其中一个考虑交互项的影响、一个不考虑交互项的影响,然后以这两个响应面模型代替初始有限元模型分别进行修正。修正结果表明,考虑和不考虑交互项的影响对修正后部分参数的取值有一定的影响,而对频率的修正精度影响不大。两种模型修正后的频率取值均与实测频率较吻合,修正后的模型能准确地反映桥梁的动力特性,可作为后续损伤识别及状态评估的基准模型。     

Modal parameter identification using Z-transforms

A method for the time domain identification of modal parameters of a vibrating structure using Z-transformation sequences is presented in this paper. This identification proceeds using the Z-transfer function of a vibrating structure from which an auto-regressive and moving-average (ARMA) model of the vibrating structure is derived. From this ARMA model and time domain data, the modal parameters can be identified. The time domain data can be obtained from single point or multiple shaker excitation modal testing. To demonstrate the application and efficiency of the method, a test on a simulated cantilever beam is presented.     

基于视觉分区的结构振动模态测试方法

为提高单目视觉方法进行模态测试的精度,提出了一种可估计分区视场大小及分区数的分区模态测试方法.考虑到低分辨率图像和运动模糊对振动测量精度的影响,建立了测量视场参数与测量精度的关系,通过求解最优的测量视场参数,估计出分区视场大小及分区数量;将整体结构的全局视场进行分区,展开振动模态测试,通过合并分区视场的频响函数获得整体...     

大跨斜拉桥扁平钢箱梁的多尺度损伤分析研究

以润扬大桥斜拉桥为分析对象,提出了扁平钢箱梁结构的多尺度损伤分析方法。采用子结构方法将钢箱梁结构全尺度动力响应和细节尺度构件损伤相互衔接实现多尺度损伤分析。在此基础上对模态曲率、模态应变能、模态柔度和斜拉索索力指标的损伤识别效果进行了比较研究。分析结果表明:(1)无噪声情况下,除了模态柔度指标不能够正确识别钢箱梁腹板损伤以外,各损伤指标均能正确识别其余所有损伤工况。(2)对大多数情况,柔度指标的抗噪性最好,曲率指标和应变能指标次之,索力指标最差;(3)应变能指标和柔度指标在钢箱梁结构损伤定位上具有一定的互补性。     

贮仓结构参数的频域识别

本文提出了一种贮仓结构参数的频域识别方法。本文在建立贮仓结构多质点体系计算模式的基础上,运用最小二乘识别理论,基于分析结果与试验结果的差别,迭代修正贮仓多质点体系中的参数,建立了贮仓结构参数的频域识别方法;并且,进行了贮仓结构的模态试验,实施了贮仓结构参数频域识别的全过程。计算结果表明,所建立的方法可产生良好的参数估计。     

基于解析模态分解和希尔伯特变换的模态参数辨识新方法

针对航天器结构低频、密频的模态参数辨识问题,提出一种将解析模态分解(AMD)与希尔伯特变换(HT)相结合的模态辨识方法(AMD+HT),根据结构上任意一点的脉冲响应信号,对系统结构的频率和模态阻尼比进行参数识别。以箱型卫星模型为例,分别对固定状态下卫星帆板和卫星整体结构的低阶模态进行模态辨识,并与LMS数据采集系统分析结果和ANSYS有限元仿真结果对比,验证了该方法对低频、密频结构模态辨识的正确性和优越性。     

基于变分模态分解的模态参数识别研究

基于变分模态分解(VMD),提出一种新的结构模态参数识别方法:①通过自由振动试验或通过随机减量法从结构随机振动响应中获取结构自由衰减振动响应(FDR),并采用VMD方法从FDR中分解出结构模态响应;②通过经验包络法(EE)计算模态响应瞬时频率,并通过一种该研究新提出的方法计算模态响应瞬时阻尼比;③结构的模态振型向量可通过处理所有可用传感器得到的模态响应得到。瞬时模态频率和模态阻尼比可以捕获模态参数的任何瞬态变化。通过一系列数值和试验算例验证了该方法的有效性,突出了该方法的优势,并对该方法抗噪声性能进行了研究。研究表明,该方法适用于线性和非线性系统,且可用于识别具有密集模态和瞬态特性的系统。