复杂交通环境激励下西安城墙模态参数识别与分析

结构的模态参数识别一直是结构健康监测的基础和重点,其能评估结构状态、识别结构损伤,对结构的后续维护具有重要意义,对古建筑结构亦是如此。西安城墙属于中国第一批重点文物保护单位,其模态参数识别更是需要重视。在西安城墙瓮城处城墙布设速度与加速度动力特性监测系统,通过现场动力测试试验,获取复杂交通环境激励下城墙振动响应数据;通过特征系统实现算法(ERA)、随机子空间法(SSI)和峰值法(PP)3种模态识别方法相结合,对响应数据进行结构模态参数识别,获取该区域城墙模态参数;结合城墙数值有限元模型,对比3种方法所得的模态参数,建立有效的结构动力模型。结果表明:3种方法均可以在环境激励下有效识别结构的模态频率并最终得出振型,验证了该3种模态识别方法对古城墙模态参数识别的可行性。     

台风作用下广州中信广场的模态参数识别

基于同步挤压小波变换(Synchrosqueezing wavelet transform,简称SST)和奇异值差分谱理论,发展了一种新的模态参数识别方法,以提高建筑结构模态参数识别结果的精度。该方法首先使用SST对结构的实测振动信号进行分解,得到若干个本征模态函数(Intrinsic mode functions,简称IMF)。再构建各个IMF的Hankel矩阵,进行奇异值分解,根据奇异值差分谱对IMF进行去噪处理。然后采用自然激励技术(Natural excitation technique,简称NExT),得到各IMF的自由衰减响应。最后通过Hilbert变换和曲线拟合获得结构的自振频率和阻尼比。采用该方法对台风“达维”作用下广州中信广场的实测加速度响应进行分析,并将识别出的结构模态参数与已有方法的识别结果进行对比。结果表明,该方法能有效地识别结构的模态参数,且具有较好的准确性与鲁棒性。     

基于稳定图的随机子空间识别结构模态参数

结构模态参数识别是结构健康监测的基础或输入.为了有效地识别环境激励下的结构模态参数,使用改进的稳定图结合随机子空间方法进行分析,并采用有限元模型进行了验证.结果表明:改进的稳定图结合随机子空间方法是一种行之有效的结构模态识别方法,可以有效地从环境激励的线性结构响应中获取结构模态参数,并避免了虚假模态的出现.     

预应力混凝土桥梁模态参数识别方法

目的为探讨基于环境激励下功率谱峰值法对于混凝土桥梁模态参数识别的可行性和方法的有效性．方法对某一预应力混凝土连续梁桥进行了数值仿真分析．借助通用有限元分析软件建立了桥梁的三维实体模型,对模型进行有限元模态分析和时程分析,并借助随机行车荷载模拟环境激励,利用加速度信号、考虑外界白噪声的影响,在仅有输出响应信号的情况下利用功率谱峰值法识别预应力混凝土桥梁的模态参数．结果通过数值仿真分析,得到了结构前六阶模态参数,与有限元模态分析得到的理论模态参数相比较,二者误差平均在5％以内,吻合较好．结论研究表明功率谱峰值法适合于环境激励下桥梁结构的监测、诊断,具有重要的实际工程应用价值．     

大型冷却塔风致响应极值现场实测和有限元对比

通过现场实测数据分析发现冷却塔局部加速度响应呈现显著的非高斯分布,而基于高斯假定的风致响应极值估算方法已不能完全适用.为研究考虑非高斯特性的风致响应极值分布,以西北地区某179 m高大型冷却塔为研究对象,通过现场实测获取环境激励下塔筒典型部位的加速度振动信号,首先结合随机减量法和自然激励技术对信号进行预处理,再采用ARMA、ITD和STD三种模态识别方法获取了冷却塔前10阶自振频率和阻尼比,并与有限元动力特性结果进行对比验证,再借鉴振型组合思路提出结构等效综合阻尼比.采用两种极值估算方法(峰值因子法和Sadek-Simiu法)计算了不同样本的峰值因子和加速度响应极值,并给出了实测响应极值单一取值.最后基于完全瞬态时域法进行了实测阻尼比2%和规范阻尼比5%下的风振响应分析,并将有限元与实测响应极值进行对比和误差分析.实测和有限元分析对比研究表明:实测和有限元分析的结构前10阶自振频率结果较为一致,最大相差9%;两种极值估算方法获得的实测加速度响应极值最大相差32.02%;局部测点在实测阻尼比下的有限元风振响应极值与实测极值较为一致.     

环境激励下结构模态参数识别的量子粒子群算法

环境激励下的结构模态参数可以通过不同点输出信号的互功率谱识别出来.将包含结构模态参数的互功率谱理论公式与不同点输出信号计算得到的互功率谱之差作为目标函数,通过搜索模态参数的取值而使目标函数最小,从而将优化问题转化为模态参数识别问题.量子粒子群算法是一种基于群体智能理论的优化算法.论文将量子粒子群算法应用到上述优化问题中识别环境激励下的结构模态参数.最后采用数值模拟的简支梁对该方法进行有效性验证.结果表明,量子粒子群可以有效地识别环境激励下的结构模态参数.     

基于随机子空间的分布式结构模态参数识别

针对大型建筑结构集中处理庞大数据获得结构模态参数的不便性,提出适用于密集布排的传感器网络结构的分布式模态参数识别方法.以混凝土钢管拱桥为实验平台,按不同子结构划分工况,通过随机子空间方法有效地从环境激励下的响应中提取子结构模态参数,结合稳定图进行子结构系统定阶,去除虚假模态.利用粒子群优化算法和平均技术调整子结构振型,获取桥梁结构的整体振型.以模态置信度为判据对比分析该分布式算法和集中式算法的识别结果.结果表明,该方法具有良好的识别效果,可用于不同形式复杂结构的模态振型识别.     

基于特征系统实现算法的夹具模态参数识别

针对振动试验中夹具的动力学设计和验证问题,探讨了仅根据响应输出进行模态参数识别的时域分析方法,即特征系统实现算法。以某夹具结构为研究对象,仅通过测试宽带随机激励下的加速度响应信号,对该夹具的模态参数进行了识别。在Matlab7.1上实现了一种基于相关函数的特征系统实现算法,利用加速度响应数据计算相关函数矩阵,并构造广义Hankel矩阵,得到了夹具的模态频率和阻尼比。奇异值分解和稳定图综合分析结果表明:特征系统实现算法能较好地对结构的动力学参数进行识别。     

基于ARMA模型的桥梁结构模态参数辨识研究

模态参数辨识是对结构进行动力损伤诊断的前提,本文介绍了一种通过建立ARMA模型来辨识结构工作模态参数的方法.待检结构在环境激励下发生自由振动,用位移传感器测出振动响应数据,据此建立适当阶数的ARMA模型,并估算模型参数.根据模型参数与系统模态参数的关系算得模态参数.最后用稳定图法剔除虚假模态,确定结构真实模态.重点讨论用ARMA时序模型进行模态频率辨识的问题,并通过一个简支梁振动试验对该方法进行了验证,将试验结果与随机子空间法和ANSYS建模分析法的计算结果对比发现,3种方法识别出的前三阶模态频率基本吻合,且满足精度要求,说明在激励数据未知的情况下,基于ARMA模型的模态参数辨识法能够准确地识别出系统的模态参数.     

基于ITD法的结构模态参数识别

本文运用ITD(Ibrahim Time Domain)法来识别振动台模型试验的模态参数.在基于结构动力响应的分析中识别结构的模态参数是结构健康监测和损伤识别等研究及工程实践的重要内容,也是前提和难点.本文首先运用随机减量法对振动台激励下的结构振动响应数据进行预处理,然后用ITD法识别出结构的频率、阻尼比和振型系数.利用本方法对同济大学土木工程防灾国家重点实验室12层钢筋混凝土框架模型振动台试验数据进行了分析,并将识别结果与有限元分析软件的数值模拟进行了对比.结果发现:模型试验结构的3～6层为结构的薄弱位置,且自振频率在随着加速度不断增加的地震波输入下呈阶梯形下降了两阶,之后呈现波动状态,结构振型在第27工况之后也和前面有明显的改变.     

基于自适应线调频高斯基展开的参数识别方法

提出了用自适应线调频高斯基展开及其自适应谱进行参数识别的时频分析方法.用线调频高斯基函数自适应地对响应信号进行匹配分解,得到信号的线调频高斯基展开及其自适应谱.根据自适应谱从响应信号中重构出具有单频特性的振动信号,再由单自由度系统的参数识别方法识别系统的模态参数.并针对一多自由度系统具体论述了固有频率、阻尼比和振型的识别方法,识别结果与理论结果吻合较好.该方法不需要输入信号,并对平稳、非平稳信号均适用,且具有较强的抗噪声能力.算例分析说明提出的方法是参数识别的有效方法之一.     

二阶欠阻尼系统动态参数的自动测定

给出了根据阶跃响应的采样值自动测定二阶欠阻尼系统动态参数的一种方法，它不要求有关阶跃函数的幅值、系统阻尼比和自然角频率的先验信息，给出了算法和数学推导，模拟实验结果说明了本方法的可行性和精确性。     

某车载平台电子设备抗振系统设计

针对某车载平台所受外界的力学环境影响,提高电子设备抗振动能力等问题,研究电子设备抗振系统理论,建立了动力学微分方程,通过减振器的布局方式研究,分析了不同布局方式下的振动耦合情况,完成了减振系统设计.按照外界力学环境参数对电子设备结构进行随机振动分析和冲击响应分析.通过有限元分析方法验证和分析,验证了减振系统的有效性.结果表明,基于某车载平台完成的减振系统提高电子设备抗振动能力.     

二氧化碳相变致裂信号反应谱分析

为研究二氧化碳相变致裂过程对结构的影响,对现场试验得到的数据进行反应谱分析。首先将速度信号做快速傅里叶变换,分析其频谱特性,然后将速度信号直接微分,运用集合经验模态分解（EEMD）对其进行低通滤波去噪处理,提取主要特征频段的重构信号,获得清晰的加速度时程曲线,并将去噪后的加速度曲线作为输入信号,研究不同阻尼比下二氧化碳相变致裂信号反应谱。结果表明:二氧化碳相变致裂信号频率集中于低频,速度峰值与主频在安全允许范围内,适用于对振动敏感的环境;集合经验模态分解可有效抑制因对速度信号直接微分引起的高频振荡,信噪比可超过25 dB;二氧化碳相变致裂反应谱形态简单,峰值对应周期小,有利于结构安全;相对位移和相对速度反应谱峰值随着阻尼比的增大而减小,但峰值对应的周期不变,绝对加速度和标准加速度反应谱峰值在阻尼比不为0时相等,不受阻尼比影响;注意反应谱上对结构影响大的周期,可以在一定程度上保证结构的稳定性。     

基于试验模态法的直驱式超高压泵动态特性研究

为得到直驱式超高压泵的动态特性参数,采用试验模态分析方法,对超高压水射流直驱式超高压泵的整体结构进行分析。在试验数据的基础上对频响函数进行优化,利用单模态参数识别法对直驱泵进行参数识别,获取整机固有频率、阻尼比和相应的振型。研究结果表明:直驱式超高压泵的固有频率集中在低频段(49.90,100.21,149.13,175.93 Hz)和高频段(高阶模态频率大于1 000 Hz);薄弱环节主要集中在泵头阀部分;直驱式超高压泵在工作过程中,电机速度应避开981.8,2 004.2,2 982.6 r/min附近的3个速度范围。     

相对运动法与绝对位移直接求解法算法误差分析

多点激励地震响应分析过程中,相对运动法和绝对位移直接求解法分别假定阻尼与内部节点相对速度、绝对速度成比例,由于阻尼假定的不一致,计算结果可能存在误差。采用随机振动分析方法对瑞利阻尼模型下2种求解方法计算结果之间的误差进行了理论分析,得出了2种算法下结构动态响应功率谱密度误差主要受激励频率与结构基频的比值、结构阻尼比影响的结论,然后从概率统计意义上得出了2种算法下结构动态响应方差误差与结构阻尼比的关系,并进行了相关算例数值论证。最后得出如下结论：2种算法计算结果误差随阻尼比的减小而减小,当结构阻尼比不大于5％时,2种算法计算结果误差基本可忽略。     

支座激励下小垂度悬索动力响应试验及数值模拟

支承于相邻结构间的索网幕墙采光顶受主体结构相对位移振动的不利影响,该位移振动将作为支座激励导致悬索构件发生过度张拉或松弛现象。为研究悬索在端部支座简谐及随机激励下的动力响应,本文首先以综合考虑垂跨比、索力及轴向刚度对悬索振动影响的无量纲变形特征参数ab^2为设计变量,对3组悬索试件开展支座简谐激励下的动力响应试验,通过改变加载幅值和加载频率设置两组加载工况,分析在不同的ab^2下悬索位移和索力响应的变化规律;其次,采用ANSYS软件进行数值模拟,计算结果与试验结果吻合较好,验证了数值模拟方法的正确性;最后,以理想高斯白噪声模拟悬索支座随机环境激励,基于已验证的有限元模型计算悬索动力响应,并讨论ab^2、阻尼比及激励强度对位移、索力响应谱及均方差的影响。研究结果表明：1）在两种支座激励下,悬索位移和索力响应均随ab^2、阻尼比的增加而降低,随激励强度的增加而增大,且对于ab^2较大的悬索,其位移和索力响应对支座的随机激励更敏感;2）当阻尼比小于0.1时,随着阻尼比的增加,悬索在随机激励下的位移和索力响应分别降低60.9%和67.5%,此阶段下悬索的动力响应对阻尼比变化的敏感性较高,且增加阻尼带来的抑制效果显著;3）当支座简谐激励和索力相同时,垂跨比的变化对悬索的动位移影响较低,但对索力的影响较大,其中垂跨比较小的悬索索力变化更剧烈。     

结构动力分析中的阻尼模型研究

阻尼是结构振动中的基本特性之一,是结构抗震分析中一个重要的因素．结构在不同振型的阻尼比会有所不同,这是因为在结构的阻尼耗能主要是摩擦耗能的情况下,摩擦耗能取决于楼层和楼层之间的相对位移,不同的振型所表达的楼层间的相对位移不一样,当然每个振型的阻尼比也会不一样,现行抗震规范把所有振型的阻尼比取为相同常数的做法不尽合理．探讨了在低幅值震动和强震中合理阻尼比的取值,通过其他各阶振型阻尼比与基本振型阻尼比的关系,提出了在结构动力时程分析中较为合适的瑞利阻尼模型以及推动阻尼研究需要解决的几个问题．     

CQC方法中振型相关系数的简化

为了方便结构地震反应完全平方组合(OQC)公式的工程应用,建筑抗震设计规范对其进行了简化.重点讨论了振型组合公式中振型相关系数的参数变化规律和可能的简化途径,通过对两种简化方法进行对比和分析,提出了一种新的适用范围更广的简化公式.新的简化公式适用于自振频率接近、阻尼比差异较大的相邻振型响应的组合计算.     

基于径向基神经网络的参数协同自适应VSG控制策略

采用虚拟同步发电机（VSG）控制策略的并网逆变器可为分布式能源提供必要的惯性阻尼特性，以支撑电网频率。VSG的动态响应特性与惯量和阻尼的设定密切相关。首先，建立VSG控制模型，分析惯量和阻尼对系统动态响应指标的影响，并给出了VSG参数的计算方法。其次，结合径向基神经网络提出了一种参数协同自适应VSG控制策略，自适应调节惯量和阻尼参数来应对系统功率变化、负荷扰动及频率偏移。最后，通过MATLAB/Simulink仿真，验证所提策略的有效性和优越性。