基于强震观测和多输出支持向量机的混凝土坝材料动参数反演

大坝的强震观测资料真实反映了地震作用下坝体强震监测部位的反应情况,是认识结构动力特性的重要特征量。目前,大坝强震观测资料分析的应用研究一般仅局限于获取加速度放大系数和结构模态参数。根据强震观测识别出大坝模态参数后,可进行结构材料动参数的反演,以便为结构抗震分析提供尽可能精确的数值模型,对大坝等大型水工结构进行动参数反演,需要考虑计算效率的问题。为此,提出了应用机器学习的优势算法,即多输出支持向量机(M-SVM)模型,替代有限元计算,以减少优化搜索过程中有限元计算的次数,提高计算的效率。通过对数值仿真算例和某混凝土重力坝实际强震观测数据的分析,表明所提出的基于强震观测和M-SVM模型的大坝材料动参数反演方法具有精度高和计算效率高等优点,在实际工程中有良好的应用前景。     

舰用燃气轮机框架模型的模态参数识别

本文采用一次有理正交多项式－多模态曲线合法对一舰用燃气轮机框架模型进行了实验模态分析，以Ｆｏｒｓｙｔｈｅ复合交多项式作为频响函数的理论值，用实测的频响函数建立系数矩阵，来寻找使目标函数最小的最优值，本文在ＨＰ９８２６微机上建立了建立了测试，数据采集及参数识别等系统识别软件，给出了具有工程实用意义的前五阶振动模态参数，识别结果和有限元计算相比较，令人满意。     

基于MIMO信号降噪的模态参数识别研究

发展了一种基于多输入多输出(MIMO)信号降噪的模态参数识别方法。首先对实测的MIMO脉冲响应数据构建block-Hankel矩阵,然后通过模型阶次指标确定矩阵的秩,进而基于结构矩阵低秩逼近(SLRA)计算得到降噪后的信号,最后通过多参考点复指数法(PRCE)识别结构的模态参数。数值算例和模型实验结果表明,该方法对实测MIMO信号有很好的降噪作用,识别效果较好。     

基于响应协方差小波变换和SVD的结构工作模态参数识别

对系统响应的协方差作小波的时频分解,利用信号互协方差与自协方差的小波变换系数的比值来识别结构的工作模态振型,由矩阵奇异值分解(SVD)从小波变换时频分析结果确定小波脊,通过实际结构多测点数据,利用小波系数比值来反映振型,识别结构各阶工作模态参数(固有频率、阻尼比和振型)。用数值模拟算例和实桥环境振动试验数据对方法进行了验证,并与频域峰值法和时域随机子空间识别方法结果进行了比较,结果表明,该方法可以准确地识别出结构的工作模态参数,特别是阻尼和振型的识别。     

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。     

基于CEEMD和小波包阈值的组合降噪及泄流结构的模态识别方法

水流荷载激励下,泄流结构模态识别的实测振动信号常受噪声干扰。以往EEMD算法有添加白噪声造成非标准IMF导致的模态分裂问题及IMF有噪声残余不能完整重构信号的完备性问题。而完备总体经验模态分解(CEEMD)法,通过在信号分解的每一层面添加特定高斯白噪声,利用分解后第一阶分量加总平均得到唯一余量计算固有模态函数,克服了EEMD的缺点;同时提出CEEMD与小波包阈值结合的组合降噪方法,运用到向家坝水弹性模型实测振动信号降噪中,验证了该组合方法降噪的有效性;为了提高带噪振动响应模态识别的精度,基于数据相关技术,利用Markov参数构造相关矩阵R,用该相关矩阵重构Hankel矩阵后SVD分解得到系统最小实现,即数据相关特征系统实现法(ERA/DC)。将滤波降噪结合模态识别的整套方法,应用到锦屏一级拱坝的泄流实测振动响应中,得到了较好的应用效果。     

利用耦合系统自由振动响应识别结构被控模态和TMD参数

准确从安装TMD后的结构-TMD耦合系统中识别结构被控模态和TMD参数是TMD现场调试的必需条件。针对TMD现场调试中参数识别问题,提出了一种通过结构-TMD耦合系统自由振动试验识别结构被控模态的模态质量、频率和阻尼比以及TMD频率和阻尼比的方法。该方法首先采用随机子空间算法评估耦合系统的离散状态空间模型,然后将其减缩和转化为结构被控模态和TMD耦合的两自由系统连续状态空间模型;最后,利用连续状态矩阵,识别结构被控模态的模态质量、频率和阻尼比以及TMD频率和阻尼比。数值分析研究结果表明:1)该方法抗噪能力强;2)TMD与原结构各模态耦合越强,质量比识别结果误差越大,其他参数识别结果均满足工程要求。通过单层框架结构试验研究,验证了该方法的可行性。     

利用振动响应的多种结构损伤识别方法比较

利用梁结构的不同模态参数(位移模态、转角模态、曲率模态)开展了梁结构裂纹萌生阶段的小尺度损伤识别方法的研究。首先,通过振动响应计算两跨简支梁的位移模态、转角模态以及曲率模态。其次,结合连续小波变换多分辨率和奇异性分析特性,计算3种模态参数变换后的小波系数,以辨识结构模态参数的奇异性。再次,通过对数值仿真数据加入不同程度随机噪声的方法来对比分析各方法对于结构损伤的识别效果。最后,通过实验测试数据分析各模态参数的损伤识别方法对于实际结构损伤识别的效果。结果表明,基于3种不同模态参数的损伤识别方法均能对小尺度的结构损伤进行定位,但各方法的抗噪性能不同,转角模态的抗噪性能最好,而位移模态次之,曲率模态较差。实验结果显示利用转角模态参数的损伤识别效果较好,而根据位移模态与曲率模态参数的识别效果相近,但曲率模态参数方法在较小损伤处的识别结果更容易被干扰。这为在工程实际中根据环境及振动响应特点进行损伤识别参数的选取提供了一定参考。     

大跨度高空钢结构连廊的有限元模型修正

使用基于灵敏度分析和贝叶斯估计的有限元模型修正方法对复杂连体高层建筑群杭州市民中心的高空钢结构连廊进行了有限元模型修正.通过频率误差和模态置信因子计算,比较分析了修正前连廊数值模型的模态参数和基于环境激励下实测得到的连廊模态参数,以确定数值模型动力特性与实际结构动力特性的差异.通过模态参数对连廊构件物理参数的敏感度分析构造灵敏度矩阵,并在此基础上筛选出对结构模态参数影响程度大的参数.基于贝叶斯估计法构造参数加权矩阵和响应加权矩阵,根据待修正参数初始设计值的置信度设置参数允许的上下边界值,按一定的收敛准则进行迭代修正.修正后连廊模型的动力特性与实测动力特性有很好的一致性,修正模型可以用来对连廊进行振动控制、响应预测及性态评估.     

环境激励下结构损伤识别广义柔度扰动法

提出一种环境激励下检测结构损伤的广义柔度扰动方法,所提方法只需要利用结构振动的少数低阶模态参数,并通过引入振型归一化系数来解决环境激励下不能获得归一化振型的问题。通过对广义柔度扰动方程作适当的变形,并利用矩阵的拉直和广义逆技术,最终可把各单元的损伤参数和振型归一化系数一并予以求解。所提方法不仅能够识别出结构的损伤状况,还能获得振型归一化系数,且理论简单,易于计算机编程实现。算例结果表明：仅采用环境激励下的第一阶模态数据,本文方法能够较好地识别出算例结构的损伤状况,且能得到比较精确的振型归一化系数,具有良好的工程应用前景。     

一种改进的随机子空间辨识方法的稳定图

为在模态参数辨识中更好地区分虚假模态与物理模态,对传统时域子空间方法的稳定图进行了改进。改进的稳定图利用了由输出信号的自相关函数重构的Hankel矩阵,认为系统阶次固定,模态特征的变化趋势随数据量的增加而体现。在稳定图中引入了可表征各阶估计模态贡献量大小的分量能量指标(CEI)作为判断模态特征稳定性的判据之一,以剔除虚假特征。通过对一个受噪声污染、具有密集模态的振动仿真系统进行辨识,从改进的稳定图中可以看到物理模态随数据量增加仍保持稳定,且对应于较大的CEI值,虚假模态的表现则明显相反,验证了该改进的子空间方法的稳定图的正确性和有效性。     

稳定图方法在随机子空间识别模态参数中的应用

参数识别是结构健康监测领域研究中的重点。随机子空间法是近年来发展起来的一种线性系统辩识方法,可以有效地从环境激励的结构响应中获取模态参数。在随机子空间识别方法中,确定系统的阶数是该方法的关键工作。稳定图方法是一种比较新颖的确定系统阶次的方法,但该方法容易识别出虚假模态。针对这种情况对稳定图方法进行了改进,避免了虚假模态的出现,进而提高了随机子空间方法的识别精度。稳定图方法改进的重点是用模态置信因子来消除虚假模态。同时由于通常采用的阻尼理论与实际情况尚存在差距,影响了识别效果。在稳定图中将阻尼比的标准放松或取消,得到更加理想的识别效果。最后对此方法在一三跨连续梁的数值模型上进行了验证,结果表明,该方法具有良好的识别效果。     

基于左矩阵分式模型的短记录数据模态参数识别

在测量数据有限情况下,由于难以获得频响函数(FRF)的准确估计,使用FRF 作为原始数据的传统模态参数识别方法将不再适用。针对该问题,提出一种基于频响函数左矩阵分式模型的模态参数识别方法。该方法直接使用输入输出数据FFT 谱(IO 谱)作为原始数据,避免了频响函数估计。通过最小二乘估计在Z 域内求解模态参数,改善了矩阵的求解性态。针对左矩阵分式模型的特点,给出了一种通过主分量分析(PCA)建立稳定图的方法。最后采用GARTEUR 飞机模型建立仿真算例对所提出的方法进行了验证。     

一种水电厂房振动模态参数识别方法

水电厂房的振动是机械力、电磁力、水力脉动共同作用的结果,其动荷载很难测得,结构模态参数识别的难度不言自明。为解决以上困难,提高厂房结构振动模态参数识别的精度,在厂房结构各种荷载未知的情况下,将突然停机工况下动荷载释放后的振动信号,利用随机减量法提取自由衰减信号成分,以基于ARMA模型参数识别法实现了对某大型水电站厂房低阶模态参数的识别。识别结果表明,随机减量法和ARMA联合分析方法是解决大型复杂厂房结构动态参数识别的有效方法,识别结果可用于结构物的健康监测和振动控制中,同时该方法在大型水电站厂房振动模态参数的在线识别领域中具有广阔的工程应用前景。     

数据驱动随机子空间法矩阵维数选择与噪声问题研究

数据驱动随机子空间法作为一种线性系统辩识方法,可以有效地从环境激励的结构振动响应中获取模态参数。其中,Hankel矩阵维数的选择直接影响到数据驱动随机子空间法消噪能力。本文理论上分析了噪声与数据驱动随机子空间法Hankel矩阵维数之间的关系,并基于归一化奇异值（SVD）、稳定图以及有限元模态识别结果（FE）,提出了一种评估数据驱动随机子空间法矩阵维数选择优劣的方法,并通过数值算例和导管架平台振动台试验系统地验证了该方法的有效性,结果表明：非方阵的Hankel矩阵使数据驱动随机子空间法具备更强的消噪能力和更高的模态识别精度。     

基于应变模态响应重构的损伤识别方法EI北大核心CSCD

土木结构的损伤识别技术对提升结构可靠性与安全性具有重要意义,也是土木结构健康监测研究中的热点问题。现有的损伤识别方法往往需要识别模态参数,或者需要准确获取结构外部载荷信息,极大限制了相关方法在实际工程中的应用。为克服现有方法的局限性,该文将结构动态响应重构方法引入到损伤识别中,提出了基于应变模态响应重构的损伤识别方法。构建结构健康状态的有限元模型,以损伤结构测量的信号输入,通过基于经验模态分解的应变重构方法,可以获取使用无损伤模型的结构全局模态响应。以传感器采集的模态响应和重构模态响应的差异作为有限元模型修正的依据,通过应变模态比值构建的传递率的灵敏度矩阵进行迭代运算,求得损伤位置及损伤程度。该方法无需获取结构的外部激励信息,通过高效的时域应变重构,能够在少量测量信号下实现对结构损伤的精确识别。为验证该方法的准确性和高效性,开展了连续梁单一损伤和多损伤识别研究,探讨了测量噪声和模态阶次选取对识别结果的影响,结果表明,该方法能够准确、高效识别不同程度的损伤,对测量噪声具有较强的鲁棒性。     

随机子空间识别在悬索桥实验模态分析中的应用

为了从大型悬索桥的脉动实验结果得出精确的结构动力特性,以便进行结构的抗风、抗震研究和实时监测,本文利用随机子空间系统识别方法对虎门悬索桥进行了模态分析。这种时域识别方法基于状态空间模型,仅利用结构输出反应,避免了传统的人工识别和迭代过程,但必须利用稳定图形确定模型阶数。同有限元数值计算结果作比较后可看出,该法能识别出10个频率在0.5Hz以下的自振频率,并且可得到较好的结构阻尼,说明随机子空间系统识别方法是分析大型桥梁脉动实验特征参数的有力工具。     

从响应信号辨识斜拉桥模型的模态参数

针对斜拉桥模型在平稳随机激励下的模态参数辨识问题，研究了提高子空间方法参数辨识精度和可信度的有效途径。在矩阵奇异值分解的基础上，文中使用信号特征分量的能量指标来估计模型阶次，同时给出一种特征频率随拟合数据变化的稳定图。在虚假特征显示能力以及降低数值运算量等方面，这种形式的稳定图与能量指标的结合具有正更大的优越性。在斜拉桥模型的模态参数辨识中，物理模态和寄生模态得到了很好的分离，而且斜拉桥模型在分析频带内的物理模态被全部识别出来。辨识结果的比较说明了给出的辨识方法是有效的。     

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。     

基于峰频带通信号HHT变换的框架结构试验模态分析

该文提出了基于峰频带通信号希尔伯特-黄变换(HHT)的结构模态参数识别方法。该方法将小波包带通滤波技术与HHT 模态参数识别技术结合,有效的抑制了信号分解过程中的模态混叠现象。采用去端点法较好地解决了带通滤波和经验模式分解(EMD)所引起的端点效应问题,提高了算法的稳定性和可靠性。在此基础上,利用实验室条件下测得的脉冲加速度响应信号有效地识别出钢筋混凝土框架结构模型的模态参数,并和理论计算值进行了比较。结果表明:弯剪层模型比纯剪切层模型更能反映框架结构整体横向振动的动力特性。