《微动隔振平台参数摄动对模态参数的影响》

针对六自由度微动隔振平台参数模型的辨识问题,分析了六自由度隔振平台的模态参数辨识方法,并基于参数摄动重分析方法,仿真分析了微动隔振平台理论模型中参数的摄动引起的模态参数的改变,以及在模态实验中对模态参数辨识精度的影响。仿真分析表明：同向支撑刚度不等使得部分原本不耦合的模态之间产生了弱耦合作用,使得系统模态频率和振型均有不同程度的变化;垂向重心位置摄动对平台模态频率的影响较大;支撑刚度及垂向重心位置偏差对模态频率的辨识影响较小,而对模态振型的辨识精度有较明显影响。     

基于Riccati不等式的微动隔振平台鲁棒性能控制器设计

针对辨识参数存在摄动的精密隔振平台系统的鲁棒性能控制器设计问题,基于参数摄动系统的鲁棒性能与Riccati不等式解之间的关系,推导出了一类参数摄动系统的输出反馈鲁棒性能控制器设计方法,将鲁棒性能控制器设计转化为参数确定的辅助系统的一般输出反馈鲁棒控制器求解,计算较方便.通过对单自由度微动隔振平台的仿真分析表明,空气弹簧支撑隔振平台虽能隔离地基的高频成分,但对低频成分以及台面直接干扰的隔振效果不好;采用所设计的鲁棒性能控制器,闭环系统能够在不确定参数较大的摄动范围内有效隔离地基的低频振动,而且对台面直接干扰和量测噪声也具有很好的鲁棒性.     

应变模态分析及其与位移模态的关系研究

振动实验分析中,动态应变信息与位移信息具有互补性,位移响应大的地方应变响应一般较小,反之亦然。基于动态应变测量的应变模态分析理论及参数辨识与基于位移（或速度、加速度）测量的位移模态分析理论同源,但二者之间的理论关系及其相互修正方法缺乏深入有效的研究。以等截面直梁为对象,首先导出激励力-动态应变响应的频率响应函数表达式,讨论应变模态参数的辨识方法。在此基础上,进一步构建属于同一特征值的应变振型与位移振型之间的变换关系,并详细分析应变-位移变换矩阵的特性。仿真算例表明所建立变换关系的合理性与正确性。     

基于R-SOBI的结构模态参数辨识方法

提出了一种基于稳健SOBI算法提取结构/系统的频率、阻尼比及模态振型的方法。运用该法提取系统/结构模态参数的步骤为:首先利用稳健SOBI的盲源分离方法采集的信号进行分离,然后将分离矩阵作为结构/系统的模态振型矩阵,最后再对各个分离后的单自由度信号提取频率、阻尼比参数。研究结果表明,提出的方法可以准确提取出结构/系统的模态参数,尤其是即使噪声环境下仍然能准确提取出系统的模态振型矩阵。     

具有参数摄动的复杂柔性耦合隔振系统建模

针对目前复杂柔性隔振系统的数学模型与实际隔振系统之间存在的差异，将阻抗/导纳方法和矩阵传递法相结合，建立包括被隔离设备、多个电磁式主被动一体隔振器和柔性基础在内的复杂柔性耦合系统的状态空间模型。将相对于名义模型中隔振系统参数的变化量以虚拟回路增益的方式引入模型，建立具有参数摄动的隔振系统数学模型。在此基础上，通过矩阵变换的形式，推导出反映模态频率不确定的参数摄动的隔振系统模型，直观反映系统模态阻尼和模态频率的变化，为下一步复杂柔性耦合隔振系统的鲁棒控制器的设计提供依据。     

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。     

CMIF方法中模态参数不确定性的计算

在模态参数识别中,测量噪声的干扰导致识别结果中存在不确定性,这种不确定性可以通过模态参数的统计特性进行描述。以复模态指示函数识别方法为研究对象,利用矩阵的一阶灵敏度分析以及 Kronecker 代数理论,推导了该识别算法中模态参数方差的计算方法。重点推导了增强频响函数协方差、极点协方差的计算公式。最后通过一个五自由度仿真算例与一个T型结构实测算例对所推导公式进行了验证。     

六杆并联机器人模态实验与动力学特性分析

对典型位姿下的六杆并联机器人机械结构进行模态实验，并以实验模态结果为基础进行机器人机械结构的动力学分析。在模态实验中，依次记录多点脉冲激励下的单点加速度响应，利用多自由度实模态辨识与拟合技术，计算得到机器人在某典型位姿下的前8阶固有频率、阻尼比，以及模态质量、模态刚度、模态阻尼和相应的振型矩阵。本文所得结果可作为机器人动态优化设计与控制器设计的参考。     

六自由度主被动一体隔振平台的鲁棒控制

针对六自由度主被动一体隔振平台的关键技术开展了系统研究,具体内容包括控制系统的实验建模与控制器设计两大部分。根据实验辨识时的输入输出数据,利用最小二乘递推算法辨识出了系统的标称参数;考虑到实验建模的不确定性以及隔振控制的目的,应用基于H∞的混合灵敏度设计出了鲁棒控制器。最终实验表明主被动一体隔振平台不仅可以有效地隔离地基的干扰,还能对直接作用于平台的外力有较好的抑制作用。     

基于实模态的非比例阻尼体系复模态叠加法

为提高非比例阻尼体系强迫振动时复模态叠加法的计算效率,基于模态摄动法基本原理,提出一种利用无阻尼体系实模态的复模态叠加法。该方法由模态摄动法将非比例阻尼体系的复模态表示为实模态线性组合,在此基础上,建立了强迫振动复模态叠加法的实模态的线性组合解。以一个带附加阻尼的强非比例阻尼三层框架结构为例进行地震反应分析,计算结果表明当附加实模态数不小于8 时,模态摄动法所得的特征值误差小于2%;在复模态叠加法模态截断方面,基于累积振型参与质量和累积振型贡献系数所得的模态数偏少,建议采用首层平动的累积振型加速度贡献系数作为模态截断的依据,此时,复模态叠加法所得水平位移的峰值误差小于10%,累积误差小于15%,显示了良好的计算精度;且该方法的计算时间小于基于状态空间法的复模态叠加法。以一个钢结构框架办公楼地震反应分析为例,验证了该方法的适用性。综合来看,对于强非比例阻尼体系,强制解耦的实模态叠加法计算误差较大,而该方法可兼顾计算效率与精度。     

A simultaneous iterative procedure for the Kron's component modal synthesis approach

A simultaneous iterative procedure for the Kron's component modal synthesis method is developed in this paper for fast calculating the modal parameters of a large‐scale and/or complicated structure. To simultaneously improve the precision of all the concerned modal parameters, the modal transformation matrix is chosen as the iterative term. For a faster convergence rate, the reduced system matrices are consistent with the modal transformation matrix. With a mathematically proved consistency and reasonably justified convergence, the proposed method can provide highly accurate results after a few iterations. The implementation details are presented for reference together with some computational considerations. Compared with other methods for obtaining modal parameters, the proposed method has such merits as high computational efficiency and still in a substructuring scheme. Two numerical examples are provided to illustrate and validate the proposed method. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

桥梁结构工作模态分析的不确定度量化

为了量化工作模态分析的不确定度,以随机子空间识别为例,用两种方法对识别的固有频率和阻尼比不确定度进行量化：第一,用不同测试组识别的模态参数的数学期望和标准差衡量其整体大小和离散程度,构建模态参数的整体置信区间;第二,引入了以矩阵敏感性分析的单个测试组识别的模态参数不确定度量化方法,并构造带置信区间的稳定图。以菜园坝桥拱肋试验数据作为工程实例进行了验证。研究表明：构建的整体置信区间弥补了目前对模态参数的单一评价模式;带置信区间的稳定图能让测试者分辨出结构真实模态和虚假模态;两种方法能分别从整体和局部反映识别的模态参数不确定度;为评价用工作模态分析方法来识别的模态参数的可信程度提供了依据。     

网壳风振响应主要贡献模态的识别及模态相关性影响分析

网壳结构具有模态分布密集的特点,在风振计算中,通常需要考虑多个模态的贡献,甚至需要考虑模态至相关的影响。因此,对网壳风振响应主要贡献模态的识别及相关性影响分析研究显得必要。文中提出,依据归一化模态广义位移协方差矩阵来判别网壳风振主要贡献模态以及分析模态相关性影响,是个简明直观的方法。文中还提出了网壳风振模态特性矩阵的概念,该矩阵与归一化模态广义位移协方差矩阵所反映的模态贡献主次关系的性质非常相似,同样可以用于模态分析,但计算量可以大大减小。     

基于模态柔度的有限元模型修正方法

以各阶模态柔度矩阵中各元素相对变化作为指标,提出了基于模态柔度灵敏度解析表达式的有限元模型修正方法,推导了模态柔度灵敏度解析表达式,结构严谨,编程方便。以一平面简支梁为例,考虑运用不同的模态阶数、测点自由度及测试误差,利用Tikhonov正则化方法进行模型修正,通过多次模拟计算,分析了相关因素对模型修正结果的影响。实例计算表明,当噪声较小时,修正效果很好,但随着测试噪声水平的增加,修正结果稳定性变得相对较差;利用较高阶模态修正结果比利用较低阶模态修正后结果要好;同时测试自由度不完整性也是模型修正结果的不利因素。     

Model reduction for LPV systems based on approximate modal decomposition

The paper presents a novel model order reduction technique for large‐scale linear parameter‐varying (LPV) systems. The approach is based on decoupling the original dynamics into smaller dimensional LPV subsystems that can be independently reduced by parameter‐varying reduction methods. The decomposition starts with the construction of a modal transformation that separates the modal subsystems. Hierarchical clustering is applied then to collect the dynamically similar modal subsystems into larger groups. The resulting parameter‐varying subsystems are then independently reduced. This approach substantially differs from most of the previously proposed LPV model reduction techniques, since it performs manipulations on the LPV model itself, instead of on a set of linear time‐invariant models defined at fixed scheduling parameter values. Therefore, the interpolation, which is often a challenging part in reduction techniques, is inherently solved. The applicability of the developed algorithm is thoroughly investigated and demonstrated by numerical case studies.     

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。     

多点激励模态参数识别方法研究进展

在回顾多点激励模态参数识别方法理论和应用的最新进展基础上,重点针对基于响应数据的多点激励参数识别法在模态参数识别中的应用进行了分析和总结。按对激励信号模型假设不同:基于白噪声的平稳随机激励假设和非平稳随机激励假设下多点激励模态参数识别技术分别进行深入的讨论。最后,对多点激励参数识别方法的发展前景进行了探讨和展望。     

基于模态频率的缺口梁疲劳裂纹扩展寿命预测

从试验出发,研究了含V型缺口悬臂梁在循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展特性及其模态频率变化规律,分析了模态频率与裂纹扩展增量间的关联性。将裂纹扩展增量作为损伤参量,建立了基于模态频率下降率与损伤参量的关系。基于损伤力学,建立了裂纹损伤与循环加载次数的演化模型。结合模态频率下降率与裂纹损伤参量的关系,提出了一种基于模态频率下降率的缺口梁疲劳裂纹扩展寿命预测方法,实现了基于当前裂纹损伤和对应循环次数的疲劳裂纹扩展剩余寿命预测。结果表明,模态频率下降率对缺口梁的疲劳裂纹扩展寿命敏感,该方法预测的疲劳裂纹扩展寿命与实测的疲劳裂纹扩展寿命基本吻合。