点导纳法的模态密度测试试验

模态密度能反映结构系统振动能量的存储能力,是应用统计能量分析法研究中高频动响应问题的重要参数。模态密度的实验获取常采用激励点导纳法。基于点导纳法原理,分别采用脉冲锤击和正弦扫频两种激励形式,测试一矩形铝合金板的模态密度,考虑传感器的附加质量,对测试结果进行修正。结果表明,激励形式对矩形铝合金板的模态密度的测试精度有较大影响;传感器的附加质量在不同激励形式下,相同频段内,对识别结果影响的差异明显;经过附加质量修正后,正弦扫频激励测试结果与理论值吻合性较好。     

基于随机减量法的非平稳激励下模态参数识别

针对现有结构模态参数识别方法平稳激励假定的不足,提出了一种非平稳激励下的结构模态参数识别方法。以白噪声调幅激励、调幅相关激励和频率幅值调制共三类非平稳随机激励为对象,采用演化谱理论推导了随机激励分段叠加后的均值和方差表达式,然后在此基础上对传统的随机减量法进行拓展,将非平稳激励下模态参数识别问题转化为结构自由振动曲线的模态参数识别,最后利用特征实现算法识别结构的模态参数。通过一个悬臂梁数值模型和两层实验室钢框架进行验证,识别结果表明运用该算法可以准确识别出非平稳激励下系统的固有频率和振型,且固有频率的识别误差在2%以内,具有较高的识别精度。     

基于渐近小波分析的随机激励下结构系统识别研究

提出了基于相关函数预估计和渐近小波分析的结构系统识别方法,此方法可以从结构随机环境振动响应中识别出结构的模态参数和物理参数。证明了在广谱白噪声环境激励下,结构随机振动相关响应的Morlet小波系数图的脊线值包含了解耦的结构模态信息,可用于结构的模态参数识别。如果知道随机激励的功率谱强度,还可以识别结构的质量、刚度和阻尼矩阵等物理参数。三层框架结构数值算例的结果表明上述方法可以准确地从结构随机振动响应信号中识别出结构参数。苏通大桥北索塔环境振动测试试验研究的结果表明此方法对于工程结构环境激振下的结构模态识别具有很好的效果。     

渡槽排架结构人工激励模态试验分析

开展渡槽排架单向单输入多输出SIMO(Single Input Multiple Output)法、双向多输入多输出MIMO(Multiple Input Multiple Output)法人工激励模态试验,选用特征系统实现法识别纵向、横向、双向模态参数,结果表明,单向SIMO法稳定图绝大多数谱峰明显、模态识别效果较好,纵向模态比横向丰富、识别效果好;双向MIMO法纵向谱峰大多数明显,横向除双向第2阶(即横向第1阶)谱峰明显外,其他基本很小,尤其是横向模态频率接近纵向时,甚至无谱峰,只识别出纵向模态;排架结构以排架柱弯曲振动为主,纵向低阶、高阶模态横梁分别以平动或转动刚体振动、弯曲振动为主,横向模态横梁为平动或不动刚体振动;两种方法识别出的模态频率误差较小,模态阻尼在正常范围,但双向MIMO法部分横向模态未能准确识别。从识别精度、试验工作量及操作便捷性而言,排架结构人工激励模态试验选择单向SIMO法优于双向MIMO法。     

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。     

基于贝叶斯功率谱变量分离方法的实桥模态参数识别

工程结构参数识别不可避免地受到测试噪声和模型不确定性的影响,因此在模态参数识别过程中引入贝叶斯方法进行不确定性量化,具有较为重要的意义。通过对自功率谱和互功率谱的统计特性进行分析表明,功率谱迹（自功率谱之和）的概率密度函数与振型无关,因此可以实现振型参数与其它参数（频率、阻尼比、模态激励和预测误差等）的分离。以此变量分离原理为依据,可以实现"两阶段贝叶斯参数识别方法"进行模态参数的快速识别。该文基于西宁北川河钢管混凝土拱桥环境激励振动测试数据,对该方法的有效性和准确性进行了验证,通过功率谱迹驱动的贝叶斯方法识别出了频率、阻尼比、模态激励和预测误差等参数的最优值和不确定性,然后基于功率谱矩阵驱动的贝叶斯方法识别出了振型的最优值和不确定性,并将该文方法识别的结果与不同方法进行了对比。实桥模态分析表明,该方法解决了传统贝叶斯功率谱方法进行模态参数不确定性量化存在计算耗时及矩阵病态等问题,且能够有效地量化大型土木工程结构模态参数识别的不确定性。最后,该文对频带宽度进行了分析,揭示了该文方法识别的预测误差受频带影响较为明显。     

基于Hilbert-Huang变换和自然激励技术的模态参数识别

基于工程结构振动信号的分析与处理识别结构的模态参数,是结构健康监测和损伤诊断的重要手段之一。基于傅里叶分析的信号处理方法对非线性、非稳态信号的处理能力差,传统的模态参数识别方法也存在阻尼比识别精度不高的问题。基于Hilbert-Huang变换和自然激励技术,提出了一种新的模态参数识别方法,首先通过经验模态分解和Hilbert变换提取信号的瞬时特性,进而利用自然激励技术和模态分析的基本理论识别结构的模态频率和模态阻尼比。利用这一方法,对12层钢筋混凝土框架模型振动台试验一测点的加速度记录进行了处理,识别了模态参数,识别结果与其它识别方法及有限元分析结果的对比表明该方法识别模态频率是可靠的,而模态阻尼比的识别虽然较传统的基于傅里叶变换的半功率带宽法有所改进,但识别的精准性仍然难以确认。     

互谱能量法在激励力未知条件下对结构的诊伤研究

众多结构损伤诊断的方法都是基于结构有限元模型，或者是基于结构激励力已知条件下进行的系统参数识别技术。然而，由于大型结构物激励力不易测试，这些方法应用于土木工程结构物存在着一定的局限性。因此。发展基于环境激励下抗噪声性能较好的结构损伤诊断方法对于土木工程结构物安全监测显得尤为重要。提出一个新的互谱能量法，实现了在环境激励力未知条件下对结构进行损伤诊断。互谱能量法诊断结构损伤无需已知结构本身的材料特性，无需系统参数识别，不是基于结构的有限元模型，仅基于结构动力可测试部分输出响应信号以及结构单元拓扑分布即可实现结构的损伤诊断。为了验证所提互谱能量法的有效性，数值模拟两跨连续梁结构，仅仅利用有限的动力测试信号，并且结构测试信号中加入了较大的噪声模拟实际的测试环境，研究结果表明互谱能量法能够有效地诊断出结构单一，多损伤位置的损伤，抗噪声能力较强。     

高层建筑气弹模型模态参数识别

以某-492m高的超高层建筑为工程背景,讨论了3种不同方法对风洞试验气动弹性模型的固有频率、固有振型和阻尼比等模态参数的识别效果.首先采用初始激励自由衰减振动试验和频域分析方法(简称"初激励频域法")对该气动弹性模型的模态参数进行了识别.然后以TJ-2风洞中人工紊流风场为环境随机激励源,对该气动弹性模型进行了环境风随机振动试验,并分别采用环境风随机振动频域分析方法和基于响应相关函数的环境风随机振动时域STD方法对其模态参数进行了识别.结果显示:对于固有频率和固有振型,上述3种方法的识别结果比较接近;对于模态阻尼比,初激励自由衰减频域法的识别结果与具有钢芯棒悬臂结构的气动弹性模型模态阻尼比的经验范围相符,但环境风随机振动法的识别结果由于模型振动响应幅值较小而明显偏大.     

一种基于互功率谱密度的频域模态识别法

对各测点响应的互功率谱密度函数进行了详细推导,提出了一种基于互功率谱密度的频域多参点辨识法,这意味着许多利用频响函数的传统频域识别法可以很容易地用于工作状态下的模态识别,大大开阔了未知激励下模态识别的视野。然后采用一飞机模型对该方法进行了试验验证,结果表明,本文所提出的方法确实可行。     

利用试验模态参数修正有限元模型的再正交拉哥朗日乘子法

本文给出了一种利用试验模态参数来优化有限元动态模型的再正交拉哥朗日乘子法,即首先利用先验测试信息来优化初始分析模型,然后以优化模型得出的特征向量和测试频率再次作为先验模态信息来优化前次优化的模型。文末将此方法应用开工程结构的实际优化得到了满意的结果。     

一般阻尼结构的模态阻尼优化设计

研究了一般阻尼结构的模态阻尼优化设计方法。该方法主要包含两方面的内容，一方面是在给定阻尼器个数和系数的条件下，研究如何找到最佳的安装位置，使结构的某几阶模态阻尼比达到最大；另一方面是在给定某几阶模态阻尼比的目标值的条件下，确定最佳安装位置和阻尼器系数．使结构的模态阻尼比达到指定的目标值。从模态阻尼与结构参数的关系式出发，利用类似于kronecker积展开的方法，导出模态阻尼比对于附加阻尼器的位置灵敏度表达式，从而确定阻尼器的最佳安装位置。对于第二类问题，通过拟牛顿法中的Broyden方法进行迭代，最终确定阻尼器的系数。本文方法简单，易于与有限元方法结合应用到工程实际结构。文中的算例证明了本文方法的可靠性和有效性。     

基于厚板精化理论研究结构振动的模态控制方法

平板动力学与控制是工程结构设计中的重要研究课题。该文基于厚板弯曲振动的精确化方程, 采用Hamilton状态空间方法, 研究了平板结构的振动控制问题。通过满足平板两侧的自由边界条件以及两端的边界条件, 确定了悬臂厚板中的振动模态。而后, 采用独立模态控制方法, 对悬臂板条的振动控制策略进行了研究, 并把结果与基于Mindlin板理论计算得到的结果做了对比分析。最后, 对模态控制实施的数值结果做了进行了讨论。该文研究结果可望能在现代工程结构动力学分析和振动控制中得到应用。     

考虑参数随机性的约束阻尼结构振动特性分析

根据模态应变能理论建立约束阻尼结构有限元模型,基于粘弹性层的厚度和部分材料参数随机性分析,对约束阻尼结构的振动特性进行研究,分析粘弹性层的厚度和部分材料参数的随机性对约束阻尼结构模固有频率和模态损耗因子的影响。研究结果证明粘弹性结构参数随机性分析的必要性,分析方法和得出的相关结论对工程实践有一定参考。     

二阶统计量盲辨识在模态参数识别中的应用

快速、准确地识别出结构的模态参数,是结构损伤精确识别与健康监测的重要前提。该文提出一种结构模态参数识别的新方法。该方法以盲源分离理论中基于二阶统计量的AMUSE算法为基础,以振动系统的自由响应或脉冲响应为分析对象,通过对数据进行Hilbert变换增加虚拟测点,以不同时滞下数据协方差矩阵构建联合矩阵,通过求解时滞联合矩阵的特征值问题实现对结构模态参数的识别。联合矩阵的引入克服了AMUSE算法仅采用两个时滞协方差矩阵所带来的不稳定性。数值算例结果表明,该文提出的方法计算简单,识别精度高,不受时滞选择的限制,对测量白噪声不敏感,具有很好的鲁棒性。     

海洋平台结构参数识别和损伤诊断技术的研究进展 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

本文综述了海洋平台结构模态参数识别和损伤诊断技术的发展状况,对基于动力测试的损伤诊断方法进行了归纳评价,着重分析了该技术在实际应用中困难,介绍了近年来海洋平台结构模态参数识别和损伤诊断最新研究进展。最后,讨论了海洋结构损伤诊断领域未来发展的关键问题,对该技术未来发展前景进行展望,并且提出亟待解决的难题。     

复杂阻尼结构阻尼模型研究

复杂结构动力分析过程中,阻尼比的计算显得非常重要。由于复杂结构的阻尼模型具有特殊性,对如何确定阻尼比等参数,至今没有较好的理论和方法。针对由多种不同阻尼特性材料建造的复杂结构,提出了一种基于换算模态阻尼比的阻尼模型。通过复阻尼理论和模态应变能法,推导了换算模阻尼比,并得到了换算模态阻尼比与各种材料阻尼比之间的关系。将所提出的方法应用于工程结构,该方法计算的动力响应与结构瑞雷阻尼法相比,其精度更高,接近于单元阻尼比法的结果。由于其方法简单、物理意义明确,在复杂结构动力分析中具有广泛的应用前景。     

基于强震观测和ARMAV模型的混凝土坝模态识别

采用混凝土坝的实测振动响应识别结构模态参数是进行结构动力特性研究的一种可行的方式。基于混凝土坝的强震观测数据,提出采用矢量自回归滑动平均模型(Auto-Regressive Moving Average Vector,ARMAV)和稳态图法来进行混凝土坝结构模态参数识别。研究了结构实测振动响应时间序列的ARMAV模型表达形式,并通过引入辅助变量(Instrumental Variable,IV)技术,来求解模型中的未知系数;通过研究ARMAV模型系数矩阵与结构系统矩阵的关系,以便为结构模态识别提供理论依据;根据综合了各测点观测信息的平均标准化功率谱(Average Normalized Power Spectrum Density,ANPSD)来对传统的稳态图法进行改进,以实现强震激励下混凝土坝的系统定阶和虚假模态剔除。通过一个数值算例和一个工程实例,验证了提出的基于强震观测和ARMAV模型的结构模态参数识别方法的精度、有效性和工程适用性。     

工程结构分析新理论及其应用

本文将第一作者于１９８３年提出的双剪强度理论和１９９０年提出的统一强度理论推广为涵义更广的统一强度理论弹塑性本构模型，并将它们在计算机程序中实现，应用于结构弹塑性分析。统一强度理论及其弹塑性本构模型和相应的统一弹塑性计算程序，包含了现有的各种主要强度理论和新的可能的强度理论，它可以适用于范围十分广泛的各种工程材料和工程结构的弹塑性分析和塑性极限分析，它们的工程应用还能取得较大的经济效益，即更有效地发挥材料的强度潜力和节省工程投资。     

基于经验模态分解和模型缩聚的动力响应重构方法研究

大型工程结构自由度数量巨大,采用现有基于全局有限元模型的时域方法重构此类结构动力响应效率低、计算难度大,因此,提出一种结合经验模态分解和模型缩聚的动力响应重构方法.基于模态综合法,将有限元全模型适当划分为多个子结构,通过坐标转换,得到自由度数目更少的超单元模型,结合带有间歇准则的经验模态分解法进行重构.由于该方法无需考...