消能减震建筑结构模态参数识别的贝叶斯方法

为研究消能减震建筑结构中阻尼器的附加阻尼和刚度贡献,建议一种基于贝叶斯统计推断的模态参数识别方法,可用于定量估计阻尼器对结构模态参数的影响,包括阻尼比、频率和振型,以及参数的估计不确定性.为精确建立模态参数与质量和刚度矩阵的函数关系,采用直接模型修正技术进行模型参数化建模,利用模态参数以解析方式重构结构质量、刚度和阻尼...     

基于ICMCM法的GARTEUR结构有限元模型修正研究

摘要：改进的正交模型正交模态 (ICMCM) 法在进行模型修正过程中需要同时使用实验测得的频率及模态振型等数据。本文利用有限元模型的模态振型代替实验测量的模态振型并通过迭代解决了模型修正过程中缺少实验模态振型数据的问题,使ICMCM法具有更广的应用范围。根据国际认可的三级评价标准使用ICMCM法对GARTEUR飞机模型进行了修正,并与国际上其他单位的模型修正结果进行横向比较,结果证明了本文改进方法的可行性及修正结果的优越性。     

600KN超大推力电磁振动试验台动圈结构的模态分析与优化

本文以600KN超大推力电磁振动试验台的动圈结构为研究对象,采用有限元分析方法计算其振型及模态频率,尤其关注其一阶轴向模态并以之为指标进行结构优化。根据动圈实际工况,建立了加筋动圈模型并定义了动圈的支承约束刚度,完成了动圈结构的模态分析。本文定义了有效质量权重(Efficient Mass Percentage, EMP)概念,并用于提取一阶轴向共振频率,结果通过实验验证。最终利用动圈缩减模型消除模态分析过程中出现的对称模态和局部模态。通过各结构参数对一阶轴向共振频率的灵敏度分析,找到了影响频率提高的关键部分。通过优化,动圈结构的一阶轴向共振频率有显著提升。     

基于OMA试验模态参数的砌体结构有限元建模及修正

依托重庆新红岩隧道工程,选典型2层砌体结构进行隧道施工爆破振动激励的OMA试验,采用等效体积单元法建立能准确反映砌体结构真实动力特性的有限元模型;探讨砌体用不同材料模型所得分析频率与实测频率误差及二者振型相关性;据OMA试验模态参数,基于砌体与混凝土材料参数的结构固有频率灵敏度分析,选择合适的修正参数进行有限元模型修正研究。结果表明,二层砌体结构前4阶固有频率位于9~25 Hz;较用各向同性模型而言,砌体采用各向异性模型时计算所得前4阶频率与实测频率值更接近,振型相关性更好;修正有限元模型中材料密度、弹性模量、剪切模量后频率与实测频率间误差明显减小,结构模型动力特性更符合实际,正交各向异性材料模型修正最准确。     

响应面在磁悬浮轴承转子模型修正中的应用

精确的磁悬浮轴承转子有限元模型对转子动态特性的研究及控制器的设计有着重要的作用。对于磁悬浮轴承转子的硅钢片圈、传感器基准环和光轴的过盈配合,有限元模型采用简化处理,使得转子弯曲刚度产生误差。为了获得精确的磁悬浮轴承转子有限元模型,需要利用响应面代理模型对有限元模型进行修正。以一个磁悬浮轴承转子为例,以模态频率和振型相关系数(MAC)为目标建立响应面,对转子的有限元模型进行修正。建立的响应面精度很高,修正后的有限元模型分析的模态频率、振型向量和试验值基本一致。结果表明,应用基于响应面的磁悬浮轴承转子模型修正方法修正过的有限元模型更加精确。     

600 kN超大推力电磁振动试验台动圈结构的模态分析与优化

以600 kN超大推力电磁振动试验台的动圈结构为研究对象,采用有限元分析方法计算其振型及模态频率,尤其关注其1阶轴向模态并以之为指标进行结构优化。根据动圈实际工况,建立加筋动圈模型并定义动圈的支承约束刚度,完成动圈结构的模态分析。定义有效质量权重(Efficient Mass Percentage,EMP)概念,并用于提取1阶轴向共振频率,结果通过实验验证。最终利用动圈缩减模型消除模态分析过程中出现的对称模态和局部模态,通过各结构参数对1阶轴向共振频率的灵敏度分析,找出影响频率提高的关键部分。通过优化,动圈结构的1阶轴向共振频率有显著提升。     

一种海洋平台广义模型修正方法的研究

针对导管架式海洋平台结构的广义模型修正问题，提出了先修正模态振型后修正模态频率的试验方法。首先利用损伤检测方法识别出试验模型中与初始有限元模型有刚度偏差的杆件单元并采用反复迭代修正的方法进行了有限元模型模态振型的修正；然后将地基模拟为三维弹性支承并对其进行优化设计来实现有限元模型模态频率的修正；通过力锤激励下海洋平台的模型试验验证了此方法的可行性，为长期服役且原型结构未测的海洋平台的损伤检测、安全评估研究提供了基础。     

基于模态频率和有效模态质量的有限元模型修正

提出一种同时使用模态频率和有效模态质量作为目标量的残差进行结构动力学有限元模型修正的新方法。有效模态质量不但可以为结构动力学分析提供一种判断振动模态重要程度的方法,而且能够为有限元模型修正提供更多的信息量。介绍了基于灵敏度分析的模型修正实现过程以及有效模态质量的概念,推导了有效模态质量对设计参数的灵敏度,在此基础上采用仿真算例验证了所提出方法的正确性和有效性。仿真结果显示所有修正参数都回到了设定的目标值,即使当模态频率和有效模态质量等特征量都存在5%的高斯白噪声时,修正后在修正频段内特征量的均方误差都小于4%。研究表明,基于模态频率和有效模态质量的结构动力学有限元模型修正是有效可行的。     

频响函数残差法在有限元模型修正中的应用

准确的有限元模型能够真实有效地反映实际结构的动态信息,为缩小结构建模中的误差极有必要对结构有限元模型进行修正。目前,基于模态频率、振型和频响函数的模型修正方法应用最广。其中基于频响函数的修正方法避免了模态参数识别过程的误差,且不受测试自由度数限制,与模态频率和振型的模型修正方法相比更具有优势。基于频响函数的修正方法按目标可分为频响函数相关性法和频响函数残差法。频响相关性法立足于形状和幅值相关性与参数灵敏度的关系,与频响函数残差法相比,丧失了频响函数与设计参数的直接关联,导致在部分结构模型修正中出现振荡不收敛现象。为此,基于实际测试结构对比研究两种方法在有限元模型修正中的应用,并分析频率点数和频带范围对基于频响函数残差法的模型修正的影响。结果表明频响函数残差法能够稳定收敛且具有高效性;同时,合理的频率点数和较宽频带范围有利于提高频响函数残差法的修正效率。     

楔环连接结构有限元建模与模态分析

建立楔环连接结构的三维摩擦接触有限元模型,基于实验模态和计算模态对结构参数的敏度分析修正结构有限元模型,利用ANSYS有限元模态分析程序求解自由与固支状态下楔环连接结构的频率与振型,考察了楔环连接结构模态频率之间的内共振.     

基于希尔伯特变换结构模态参数识别

应用HHT方法对GARTEUR飞机模型模态参数进行识别,通过采用多通带滤波器对信号进行滤波,较好的解决模态混叠问题,采用NExT法对信号预处理,由EMD分解获得较准确的各阶固有模态函数分量（IMF）,在EMD分解中使用镜像延拓方法对极值点进行处理来抑制端点效应,然后将分解得到的IMF分量进行希尔伯特变换并结合ITD法识别出各阶固有频率和阻尼比。最后对悬臂梁进行数值仿真模拟,并将模态参数识别结果和理论值进行对比,并运用此方法进一步识别GARTEUR飞机模型固有模态参数。     

基于响应面法的结构动力学模型修正

为了获得精确的结构动力学模型,提出了响应面和优化相结合的方法。利用参数化模型和优化拉丁方试验设计获取样本点构造多项式响应面模型,最小二乘法确定多项式系数并检验响应面的拟合精度。用响应面计算结果与实验结果的误差构造目标函数,自适应模拟退火算法来优化修正响应面参数,将修正后的参数值带入有限元模型得到修正模型。以欧洲航空科技组织的基准模型GARTEUR飞机模型为算例,对比修正前后模态频率,结果表明修正后的模型在测试频段和预测频段具有良好的复现和预测能力,进而验证了基于响应面法与优化方法相结合的结构动力学有限元模型修正的有效性。     

基于极大似然估计的多参考点模态参数识别方法

在考虑随机噪声的情况下,实现了一种基于极大似然估计的多参考点频域模态参数识别方法。该方法采用频响函数的右矩阵分式模型,通过噪声的协方差矩阵对误差向量加权,使用离散时间域中基函数改善数值求解性态。模态参数的估计过程分为两步:首先由基于最小二乘估计的polyLSCF算法获取迭代初值,然后通过Gauss-Newton方法对极大似然函数进行迭代优化,得到精度更高的模态参数识别结果。采用GARTEUR仿真算例对所给出的方法进行了验证,结果表明:在高噪声情况下,利用噪声信息的极大似然估计方法能够显著提高模态参数的识别精度,特别是阻尼的识别精度。     

GARTEUR飞机模型模态参数识别

对GARTEUR飞机模型进行模拟环境激励下的模态实验,同步采集多通道时域响应数据,基于MATLAB软件平台,采用小波变换的方法对响应数据进行处理和分析;在密集模态分离和小波脊线提取方面,提出了能量阈值法和局部能量极大值法相结合的新方法,最终利用线性拟合及最小二乘法求解飞机模型的模态参数,并与使用其他方法识别的模态参数结果进行比较,验证其可行性．     

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。     

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。     

拉索模型模态参数识别的实验研究

基于高速摄影成像技术,利用改进的数字时间序列图像相关方法,测定了自由振动状态下拉索模型的模态参数。该方法具有实验装置简单、全场非接触、无附加质量、无附加阻尼、测量频率和位移范围可调等优点。采用高速CMOS摄像机及其计算机处理系统,实时获取拉索的振动图像,基于VC编制时间序列图像相关软件自动对序列图像进行相关运算,获得其位移-时程曲线;利用小波分析的方法确定拉索的固有频率和阻尼比,实验结果与理论分析结果吻合得较好。测试及分析结果表明:该方法为拉索模型的模态参数识别提供了新的途径。     

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。     

基于模态价值分析的结构动力学模型降阶

针对小阻尼和无阻尼结构，提出了一种模态价值分析方法，用于在模态坐标下的动力学模型降阶问题。在得到系统动力学方程的基础上，首先进行模态分析，然后由模态参数和系统的输入输出矩阵计算各模态的价值，最后选择若干价值最大的模态向量形成变换矩阵对系统进行降阶。通过两个算例说明本文方法是对通常选择低频模态的降阶方法的改进，提高了低阶模型的精度。