模态参数不确定性分析的贝叶斯方法研究

在结构损伤诊断和参数识别中,实测结构模态参数不可避免地存在误差。本文将模态参数视为随机变量,采用贝叶斯方法对模态参数的不确定性进行分析。分析中选用高斯联合概率密度函数作为先验密度函数,通过多次独立的模态参数测试,得到传递函数的条件概率密度函数和模态参数的后验估计表达式,再利用拉普拉斯渐近方法求解边缘概率密度函数,得到模态参数的最大后验估计。在钢筋混凝土框架结构的模态试验中,利用本文方法给出了结构模态参数的估计值,结果表明,本文方法具有良好的收敛性。     

圆筒试验JWL状态方程参数的贝叶斯标定

在研究数值模拟的输入参数引入的不确定性时,通常需要人为给定每个输入参数的概率分布,且输入参数概率分布的选择可能会对分析结果产生直接影响。利用贝叶斯方法标定了圆筒试验JWL状态方程参数,得到了标定参数的估计值和后验分布,并研究了不同统计模型假设对标定参数的估计值和后验分布的影响。贝叶斯后验分布融合了基准试验的试验数据的信息,因此将其作为不确定度量化分析时输入参数的初始概率分布,可以尽量减少分布选择引入的认知不确定性。     

FSDD运行模态参数识别方法中不确定性的计算

运行模态参数识别是一种只利用响应数据进行模态分析的方法。环境激励条件下获得的识别结果会存在随机不确定性,这种不确定程度可以通过模态参数的统计特性进行描述评价。以运行模态分析中的频域空间域分解方法（FSDD）为研究对象,通过对整个模态识别算法进行摄动分析,确定出模态参数对测量误差的灵敏度,实现了模态参数方差的计算。计算过程分为四步：第一步,响应信号功率谱矩阵中噪声方差的估计;第二步,增强功率谱方差的计算;第三步,极点协方差的计算;第四步,模态参数方差的计算。最后通过一个4自由度仿真算例与张家港桥梁实测算例对所给出的方法进行了验证与应用。     

固有模态函数振动传递率损伤识别实验研究

针对风荷载、地震荷载等存在但难以精确量测的问题,提出一种无需量测外荷载的新的损伤识别方法。将经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)应用于结构损伤识别,通过求振动响应信号固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)的振动传递率,构建了一种新的结构损伤识别参数。对预置不同程度开胶损伤的玻璃幕墙试件进行动态测试,得到不同损伤程度下玻璃幕墙的固有模态函数振动传递率,与无损伤条件下的固有模态函数振动传递率进行比较来识别和评估玻璃幕墙开胶损伤程度。研究表明:此方法无需量测外荷载也能识别结构损伤,损伤参数值能反映损伤大小。     

斜拉索模态试验参数研究

试验模态分析是斜拉桥索力测试中广泛应用的方法。该方法的关键之一是采取合理的试验方案获取可靠的响应信号以识别出正确的索振动频率。本文通过试验,详细讨论了斜拉索模态测试中若干试验参数,如激振类型、激振位置、传感器位置以及频率分辨率对试验结果的影响;比较环境激励与锤击激励的效果,验证了环境激励的方法也可以准确识别索的频率;最后给出了较为合理的斜拉索模态试验方案,用该方案确定的索力与理论计算结果相差不超过 1. 5%。     

基于模态叠加法的航空发动机轮盘振动特性研究

以某型航空发动机轮盘为研究对象,分别通过数值模拟和试验测试获得结构特定振型下的模态参数;提出采用模态置信度开展模态振型的相关度评价;基于模态叠加法开展轮盘结构谐响应分析,并通过理论推导和数值仿真开展结构阻尼和激励量值对振动响应的影响规律研究。结果表明,在轮盘结构三节径振型处,共振频率计算结果与测试结果相差1.7%,验证了模态测试的正确性。模态振型置信度为0.999,说明模态测试与仿真结果吻合较好。通过谐响应分析得到轮盘最危险点的幅频曲线,并基于数值仿真验证了轮盘结构振动响应幅值与模态阻尼呈反比、与激励量值呈正比的理论推导的正确性。     

基于有限测点信息的结构损伤识别柔度法

利用有限测点获得结构的模态参数,提出了基于有限测点的结构损伤识别的柔度法。该方法是通过仅考虑结构柔度的灵敏度分析,以结构各自由度的损伤信息为条件,选择对结构柔度变化敏感的自由度为测点,并利用有限测点的信息提出了结构完备模态振型的重建技术。在此基础上,对柔度矩阵做关于结构物理参数变化量的一阶泰勒展开,来确定结构单元的损伤因子对结构进行损伤识别。从而实现利用结构有限测点的模态信息来识别结构的损伤,解决了测试结构的模态振型的不完整给结构的损伤诊断带来的困难。通过数值算例说明了该方法的有效性。     

动载荷识别的广义域模态模型及其精度分析研究

基于广义域模态模型提出了一种仅用系统响应输出识别动态载荷的方法。以系统中的其它点作激励点来代替常常为不可达的实际载荷作用点，通过辨识得到系统模态参数并在模态和物理两种坐标下对动态载荷作出估算，从而避免通常对系统修改结构或改变边界条件而导致的识别误差。对该模型的误差传播牧场性与识别精度分析结果表明该方法能适用于工程实际动载荷测量。     

不确定性移动载荷激励下弹性简支梁的动态响应边界分析及应用

不确定性移动载荷激励下的弹性梁振动是土木、机械和航空航天等工程领域普遍存在的一类重要问题。在许多实际工程中,不确定移动载荷的样本测试数据有限或测试成本较高,本文引入区间过程模型对此类动态不确定性参数进行描述,提出了一种求解不确定移动载荷激励下弹性梁振动响应边界的非随机振动分析方法。首先,介绍了确定性移动载荷激励下弹性梁的振动微分方程及其解析求解方法;其次,引入区间过程模型,以上下边界函数的形式对不确定性移动载荷进行度量,进而基于模态叠加法发展出弹性梁振动响应边界求解的非随机振动分析方法;最后,将上述非随机振动分析方法应用于车桥耦合振动问题。     

一种不受相位噪声影响的模态参数识别法

本文提出了一种根据幅值频响数据来识别模态参数的频域识别法.该方法首先通过识别幅值频响函数模型来得到传递函数的零点和极点.鉴于不同结构系统可以有完全相同的幅值频响函数,文中提出了由相位频响数据来判定传递函数零点的号性,以唯一确定传递函数,从而消除了相位噪声对模态参数识别结果的影响.作为例子,文中给出了计算机模拟实验例子和滚动轴承支承动态参数识别的应用实例.     

基于贝叶斯理论的恢复力模型参数识别方法

提出了基于贝叶斯理论的恢复力模型参数识别方法,该方法考虑了模型误差的影响,结合实测滞回曲线数据,不仅可以得到模型参数的最有可能值,而且可以得到模型参数的定量的不确定性。以密肋复合墙体在低周反复荷载作用下所得滞回曲线为例,提出了可考虑刚度降低、捏拢滑移及极限荷载后强度降低现象的恢复力模型,建立了基于贝叶斯理论的恢复力模型参数识别计算框架,推导得到了模型参数的负对数似然函数,据此可得到模型参数的最有可能值及协方差矩阵。对标准密肋复合墙体预制试件和现浇试件的恢复力模型参数进行了识别,将根据模型参数最有可能值得到的滞回曲线及根据模型参数最有可能值及协方差矩阵得到的骨架曲线,与相应的实测值进行了对比,验证了所提方法的可行性及识别结果的合理性,更新的模型参数概率分布可用于后续的抗震风险评估。     

洗衣机悬挂系统动态特性的实验研究

悬挂系统是全自动洗衣机最重要的部件之一,其动态特性直接影响整机的工作平稳性或鲁棒性。本文通过压电式加速度计拾取脱水工况下滚筒式洗衣机外筒上各测点的响应信号,运用DASP（Data Acquisition ＆ Signal Processing）信号采集分析处理系统,分别采用频域自互谱法和时域随机子空间法对其进行模态参数识别。结果表明,工作状态振动实验足以识别出该型号洗衣机所感兴趣的模态参数;其结果可以作为有限元模型修正的参考依据。     

Displacement modal identification method of elastic system under operational condition

Modal identification of engineering structure in operation deals with the estimation of modal parameters from vibration data obtained in working conditions rather than laboratory conditions. After one structure destruction during a flight test, it was strongly required to carry out full-scale model testing to acquire the low-frequency vibration acceleration data of the investigated rocket (its structural dynamic properties could be represented by a beam). These vibration data were used to assess the modal properties of the modified structure. In this paper, a new modal identification method based on vibration displacement is suggested. The displacements of the measured points on the rocket are obtained by the integration of the low-frequency vibration accelerations during free flight test. In the method, the data are filtered through wavelet transform. For comparison, several methods are used to extract the modal frequencies of the investigated beam. In terms of the results of standard deviation of identified frequencies, it is believed that the generalized displacement-based modal identification method is more practicable in modal identification for similar problems.     

基于Welch法的协方差随机子空间方法的模态参数识别

对工程结构进行环境激励下的模态参数识别具有重要意义, 而随机子空间法作为适合环境激励下模态参数识别的时域方法, 由于噪声和复杂激励的原因, 会产生虚假模态、真实模态遗漏、系统自动定阶难和计算效率等问题, 这些问题阻碍了该方法在实际工程中的广泛应用. 本文提出了基于Welch法的随机子空间方法, 通过Welch法对振动响应在频域进行去噪、降低环境激励和其他不确定性因素影响的处理, 把结构固有模态从噪声和激励频率中突显出来, 形成富含更多结构模态的Toeplitz矩阵, 然后进行奇异值分解和状态矩阵计算, 最后进行特征值分析. 为了实现自动定阶, 对不同奇异值分量构建的状态矩阵得到的特征参数, 进行模糊C均值聚类分析和模态的平均相位偏移分析, 剔除虚假模态, 实现结构模态参数的自动识别. 并把本文所提出方法应用于一座大跨悬索桥的实测加速度响应分析, 和一座七十层的高层建筑的加速度响应分析, 跟频域分解法、传统随机子空间法和基于相关分析的随机子空间法的计算结果进行了比较, 发现基于Welch方法的随机子空间法相比于传统随机子空间法和基于相关分析的随机子空间法, 在避免模态遗漏和计算效率方面有显著提高, 而相对于频域分解法则在自动识别和剔除虚假模态方面有明显优势.      

弹性——粘弹性复合结构的动态载荷识别

提出了一种识别弹性－－粘弹性复合结构动态载荷频域方法。首先将复合结构利用约对值模态应变能方法（ＡＶＭＳＥ）进行模态分析而获得模态参数，其次在频域中通过模态变换法求得动态载荷谱。通过两个算例说明方法的应用，其结果表明该方法是有铲的，识别精度是好的。并对该方法应用中的一些问题进行了讨论。     

Modal parameter identification of flexible spacecraft using the covariance-driven stochastic subspace identification (SSI-COV) method

In this paper, the on-orbit identification of modal parameters for a spacecraft is investigated. Firstly, the cou-pled dynamic equation of the system is established with the Lagrange method and the stochastic state-space model of the system is obtained. Then, the covariance-driven stochas-tic subspace identification (SSI-COV) algorithm is adopted to identify the modal parameters of the system. In this algo-rithm, it just needs the covariance of output data of the system under ambient excitation to construct a Toeplitz matrix, thus the system matrices are obtained by the singular value decom-position on the Toeplitz matrix and the modal parameters of the system can be found from the system matrices. Finally, numerical simulations are carried out to demonstrate the validity of the SSI-COV algorithm. Simulation results indi-cate that the SSI-COV algorithm is effective in identifying the modal parameters of the spacecraft only using the output data of the system under ambient excitation.     

S型测力传感器的动态特性与标定

本文对 S 型测力传感器的动态特性进行了研究。采用模态分析测量技术,测定了传感器的固有频率、模态质量、模态刚度、模态阻尼和阻尼比,并以动画形式显示了其主振型.作出激振力与传感器应变片输出信号的传递函数幅频和相频特性曲线,可简便地确定传感器工作频率范围及相应的误差。