HHT法识别结构模态频率和阻尼比的改进

在应用EMD方法分解信号时,可能造成固有模态函数中不同的振动模态混合,从而淹没能量较小的振动模态而导致无法识别其模态参数。为了提高结构模态参数识别的精度和比较精确地识别低频模态及能量较小模态的参数,文章对结构响应信号进行带通滤波后再应用EMD方法进行分解,最后得到结构的各阶模态频率和阻尼比;仿真结果表明,该方法可以有效提高结构模态频率和阻尼比的识别精度。     

基于改进HHT的结构模态参数识别方法

针对HHT方法中经验模态分解(EMD)过程容易出现模态混叠、虚假模态和端点效应的问题,提出了改进的HHT方法.首先利用带通滤波对原始信号进行预处理,得到一组窄带频率信号之和;接着进行EMD过程,得到若干个本征模函数(IMF),根据IMFs和原信号的相关系数来判定其是否是真正的IMFs;然后运用随机减量技术(RDT)和希...     

基于环境激励的工作模态参数识别

根据环境激励具有随机怀以及线性系统在环境激励下各输出点响应之间的相关函数与系统的脉冲响应函数具有相同的数学表达式等特点,给出了在线模态参数识别的理论,并提出了仅根据环境激励响应识别模态参数的新方法,该方法简单实用,不仅能在线识别参数,而且对单输入和多输入均适用,数值算例表明,该方法不仅能识别稀疏模态,而且也能识别密集模态,是一个有效的在线模态参数识别方法且具有鲁棒性。     

经验模态分解端点效应抑制的常用方法比较研究

由美国国家航空航天局(NASA)的Huang等提出的经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)是一种先进的信号分析方法,能够有效地获得非平稳信号的时频特征,应用范围极其广泛.但是其利用样条曲线构造信号上下包络线的过程中存在严重的端点效应.针对这个问题,人们提出了各种抑制方法,并都取得了一定程度的效果,然而对各种方法的性能特点缺乏系统准确的评价.针对常用的几种方法:匹配延拓法、镜像闭合延拓法、极值点对称延拓法、多项式拟合延拓法等,通过估计各自的Hilbert谱,平均频率曲线的均方误差,以及计算复杂度等比较研究了各种方法的性能.     

大跨度斜拉桥模态参数识别时频方法对比研究

利用苏通大桥结构健康监测系统(SHMS)记录的台风期间大桥加速度响应,分别基于希尔伯特-黄变换(HHT)和小波变换(WT)方法对该桥进行了模态参数识别,并将2种识别结果进行对比.在此基础上,进一步研究了模态阻尼比与桥址区实测平均风速的关系.结果表明:基于HHT和WT方法识别出的模态频率值基本一致;模态阻尼比差距较大,基于HHT方法识别的阻尼比均值略大于基于WT方法的识别结果;基于HHT和WT方法识别的模态阻尼比随风速的变化趋势类似.     

非平稳环境激励下结构工作模态参数识别法

为了研究非平稳环境激励下只根据响应信号识别系统的模态参数的问题,首先将自然激励技术(natural excitation technique,NExT)法的应用范围从理想白噪声扩展到了MA(q)模型。假设非平稳激励由(d-1)阶多项式趋势项与MA(q)模型之和构成,将其d阶差分后变成MA(q+d)阶模型;导出了基于激励和响应差分数据的运动方程,建立了非平稳环境激励下模态参数识别NExT法。用该方法对龙潭河大桥进行模态参数识别。识别的结果与有限元计算值一致,并且在非平稳环境激励下,该方法能够比标准NExT方法获得更好的模态参数识别结果。     

基于改进HHT方法的密集模态结构参数识别

针对Hilbert-Huang变换(HHT)方法在识别结构模态参数中存在的经验模式分解(EMD)模态分解能力不足以及固有模式函数(IMF)分量之间不正交这2个问题,分别提出采用波组信号前处理和正交化经验模式分解的方法予以改进,并将此方法称为改进的Hilbert-Huang变换方法.在介绍正交化经验模式分解方法和波组信号前处理基本原理的基础上,给出基于此改进Hilbert-Huang变换方法识别结构模态参数的基本步骤,并通过一个具有密集模态的三自由度结构在脉冲荷载激励下的模态参数识别算例予以验证.研究结果表明:该方法可有效识别密集模态结构的模态参数,且识别效果优于基于HHT的模态参数识别方法的效果.     

基于环境激励的模态参数识别方法比较研究

针对环境激励下模态参数识别方法的发展进行了综述,对目前常用的几种识别方法的原理和特点进行了阐述,并指出其各自的适用条件及待解决的问题。     

环境激励下湘潭莲城大桥模态参数识别研究

对环境激励下结构模态参数识别进行了理论分析和试验研究.基于随机振动理论阐述了峰值拾取法的基本原理和方法,并提出了虚拟响应的概念.从湘潭莲城大桥在环境激励下的加速度测试信号中提取高信噪比的虚拟响应信号,根据峰值拾取法对虚拟响应信号进行频域分析,识别了该桥主跨结构的固有频率、阻尼比和振型等模态参数.试验模态参数与理论模态参数基本吻合,验证了识别结果的可靠性.模态置信矩阵表明,结构的线性响应特性明显,竖向振动具有良好的正交特性.     

基于风载激励下桥梁结构模态参数识别

对桥梁结构长期运营造成的损伤进行检测时,传统的模态参数识别方法需要激振设备和中断交通,不仅复杂而且易给桥梁结构造成新的损伤。依据模态参数的变化可反映损伤程度的原理,提出无需激振设备的基于风载激励下随机减量/ITD法进行模态参数识别的在线检测方法,为桥梁结构损伤识别提供一种新的途径。识别的一阶固有频率及阻尼比的相对误差仅为1.39%和2.3%。     

基于环境激励的随机子空间法模态试验与仿真分析

以1幢6层钢框架结构为例,分别采用基于环境激励的随机子空间模态识别法(SSI)与频域分解法(FDD)从加速度测试信号中识别其模态参数,识别结果一致.最后选用SSI法对试验的有限元模型进行了仿真分析.研究表明:仿真与测试分析结果吻合较好,具有可靠的精度和一定的适用性.     

模态参数辨识改进算法及其在振动台试验中的应用

结合数据驱动随机子空间法,提出了环境激励下结构模态参数识别的改进ITD法、改进STD法与改进复指数法。随机子空间法的识别精度高,其中Hankel矩阵经过正交投影计算可以保留原始数据中的所有信息,同时去除了噪声,将得到的P矩阵中的数据作为ITD法、STD法与复指数法的输入数据,这3种方法就不再需要采用随机减量法或者自然激励技术进行前处理,避免了这2种前处理方法的不准确性带来的误差,并提高了模态参数识别的计算效率。利用12层钢筋混凝土框架结构模型在振动台试验过程中地震反应记录,识别结构模型模态参数。从而证明3种改进方法在结构模态参数识别中应用的可行性。     

非平稳随机激励下线性系统模态识别的小波方法

通过对非平稳随机激励下的线性时不变系统的响应x(t)进行小波变换.利用各级小波系数的正交性,对其中的某些平稳小波系数进行合成,得到满足结构动力学方程的新平稳信号y(b),用其代替原始的结构响应x(t),结合其他各种平稳随机激励下的模态识别的方法,进行非平稳随机激励下系统参数的识别.仿真结果表明,该方法可以在一定程度上消除非平稳随机激励所引起的响应信号的非平稳性.     

工程结构模态的连续型随机子空间分解识别方法

环境振动识别方法利用结构的输出信号识别结构的模态参数,主要的识别方法有时间序列分析法、ERA(eigensystem realization algorithm)法和随机子空间法,这些方法均基于离散模型．基于连续随机子空间模型,本文给出了一种识别大型工程结构模态参数的方法．运用SVD(singular value decomposition)分解将含噪声的输出信号空间分解为信号空间和噪声空间,然后直接估计结构的模态参数．SVD分解保证了算法的鲁棒性．最后讨论了一个7层框架的理想建筑,仿真计算表明,该方法简单有效,能够使用在桥梁和建筑的健康监测和振动控制中．     

模拟环境激励下结构模态参数识别试验研究

为了实现结构基于振动特性的健康监测,进行了在线模态参数识别。综合自然激励技术和特征系统实现算法,进行了模拟环境激励下结构的时域模态参数识别。利用特征灵敏度分析得到质量归一化振型。对一个两层钢支撑框架模型进行了模拟环境激励试验和力锤激励试验;通过改变结构质量和特征灵敏度分析,得到质量归一化振型;同时进行了有限元计算分析。通过试验模态参数识别与有限元计算得到的模态参数的对比,证明了该方法的有效性。     

基于风载激励下桥梁结构模态参数识别

对桥梁结构长期运营造成的损伤进行检测时,传统的模态参数识别方法需要激振设备和中断交通,不仅复杂而且易给桥梁结构造成新的损伤。依据模态参数的变化可反映损伤程度的原理,提出无需激振设备的基于风载激励下随机减量/ITD法进行模态参数识别的在线检测方法,为桥梁结构损伤识别提供一种新的途径。识别的一阶固有频率及阻尼比的相对误差仅为1.39%和2.3%。     

采用不同方法识别结构模态参数的比较

结构振动信号中混杂的噪声会影响模态参数的识别精度,并会引起虚假模态。通过一五自由度结构系统的数值仿真研究表明:直接识别法的精度低且应用范围有限,应用频域平均法可提高模态参数的识别精度,并且有利于识别出被噪声淹没的模态;修正的LSCE小波阈值滤波法有明显的去噪效果,其提高模态参数识别精度可达到或超过3次平均的效果且识别速度快。通过比较3种方法的结构模态识别结果,得到了修正的LSCE小波阈值滤波法节约试验成本,提高了识别速度和精度,具有明显的可适用性和推广性。