模态参数识别

摘要： 运行模态分析方法在推导过程中多假设激励为白噪声,造成在应用上有一定的局限性。为解决此问题,提出一种利用应变测量的传递率运行模态分析方法。首先推导应变传递率表达式,利用两种不同载荷情况下的应变传递率函数构造伪频响函数矩阵,采用频域子空间估计方法来识别系统极点,然后使用奇异值分解技术对传递率矩阵分解获得模态振型。采用有限元仿真算例和飞行颤振试验数据对所提方法进行验证,结果表明,在非白噪声激励条件下,该方法仅利用测量的应变响应就可准确识别结构模态参数。

摘要： 提出了一种有色噪声激励下基于应变响应的工作模态参数识别方法。首先,从应变频响函数出发,将工作模态参数识别方法应用到有色激励下的应变响应信号,推导出仅利用应变响应的多自由度系统模态参数表达式;其次,对悬臂梁进行数值仿真,分析了模态识别误差并验证了该方法的有效性;最后,通过悬臂梁实验验证了在真实有色噪声环境中,该方法依然具有很高的识别精度。

摘要： 针对一类多模态振动衰减信号的模态参数识别,结合奇异值分解(singular value decomposition,SVD)、解析模态分解(analytical mode decomposition,AMD)、自回归功率谱和粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法,提出了一种改进的模态参数识别方法(PSO-AMD),可实现在强干扰环境下密集频率信号的模态参数识别。对模拟振动响应信号的分析结果表明,该研究提出的改进方法具有更高的稳定性,对低信噪比、密集频率、大阻尼的振动信号仍保持高识别精度。该研究的模态参数识别方法可应用于复杂噪声环境中的大阻尼和密集频率衰减振动信号的模态参数识别。

摘要： 文章基于改进经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)、自然激励技术(natural excitation technique,NExT)及归一化的希尔伯特变换(normalized Hilbert transform,NHT),发展一种超高层建筑的模态参数识别方法。该方法首先使用基于Burg算法的自回归功率谱替代傅里叶频谱划分频谱区间,改进傅里叶频谱分割过程,以此构造经验小波滤波器组,将结构响应信号自适应地分解为一系列固有模态函数(intrinsic mode function,IMF),再利用NExT得到单分量信号的自由衰减响应,最后通过NHT和曲线拟合识别结构的阻尼比和自振频率。利用该方法对数值模型和台风“海棠”影响下台北101大楼的结构响应进行了模态参数识别分析。研究结果表明,文中提出的模态参数识别方法用于超高层建筑模态参数识别具有有效性、准确性和适用性,该方法可以利用非线性、非平稳、动态响应小且噪声水平高的结构响应信号,准确地估计超高层建筑的固有频率和阻尼比。

摘要： 为研究大跨度斜拉桥模态参数的不确定性,将遗传算法引入传统快速贝叶斯傅里叶变换法中,并采用高信噪比渐进估计值约束遗传算法的参数搜索空间,发展了一种大跨度桥梁的贝叶斯模态参数识别方法。利用悬臂梁数值模拟验证该方法的识别效率与精度;依托苏通大桥实测加速度数据应用上述方法开展大跨度斜拉桥的模态参数识别。在此基础上,探讨频带宽度系数对模态参数识别精度和不确定性的影响,并分析模态参数后验概率密度函数(PDF)的分布特征。结果表明,所提方法可有效识别大跨度斜拉桥的各阶模态参数;频率和振型的不确定性较低,而阻尼比的不确定性较高;将频带宽度系数限制在5~10有利于保证识别误差与不确定性的平衡;模态参数后验PDF符合高斯分布。

摘要： 以牵引车为动力在构造的21种不同种尺寸的土壤矩形坑路面上进行振动测试,建立了土壤软路面有效不平度表达式,并求出空间位移功率谱密度(PSD)。结果显示:(1)21种路面的有效不平度空间功率谱密度曲线均有呈比例增加的5个峰值点,与土壤矩形坑后端激励的5次倍频相关系数(R^(2))范围为0.9798~0.9956;在20种路面中的频率指数值均小于-2,表明土壤矩形坑后端为主要激励点并验证了有效不平度求解的有效性,以及田间长波路面是主要的激励频带。(2)随着矩形坑尺寸的变化,21种路面等级在A~F之间,符合ISO8608标准的分级方法和驾驶员的主观感受。提出了田间长波路面不平度表达和分级的新方法,为建立土壤软路面谱提供了参考依据。

摘要： 选取一个应变响应测点作为参考点,定义了响应应变功率谱密度传递比(Strain Power Spectrum Density Transmissibility,SPSDT),从理论上证明了SPSDT在系统的极点处为应变振型系数之比。利用这一性质,选取一系列不同的参考点构造响应应变功率谱密度传递比矩阵,在系统的极点处对该矩阵进行奇异值分解,分解所得左奇异矩阵的第一列向量即为应变振型,从而实现结构工作应变模态参数的识别。与传统的工作模态分析方法相比,SPSDT方法不需要对激励做白噪声假定,不需要多种激励类型,仅在一种激励下即可识别出结构的工作应变模态参数。通过数值模拟算例和实验室模型试验验证了所提出方法的有效性,并与传统的频域分解法和随机子空间识别方法进行了比较,验证了所提出方法是有效的。最后分析了采样时长对识别结果的影响,结果表明该方法仅用1min时长数据即可达到稳定的识别精度,具有较好的鲁棒性。

摘要： 基于调幅调频分解的经验包络法广泛用于线性和非线性系统参数识别。然而,在调幅调频分解中,为获得纯调幅调频信号而进行的多次包络迭代,会增大累积误差。在经验包络法中,求导信号不光滑而引起的过包络,会增大系统参数识别误差。分别采用滑窗阈值去噪思想与滑动平均技术解决上述两个问题,提出了改进的经验包络法,并基于该方法对单自由度非线性系统自由衰减振动模态参数识别。通过几个算例参数识别分析,证实了该方法具有良好的抗噪声性能与较高的识别精度。

摘要： 针对基于视觉的结构位移测量方法中相机分辨率不足或测量基站位置选取困难等局限,提出一种结合机器视觉与无人机的结构动位移测量方法。以静止激光灯投射在结构表面的激光光斑为参考,设计算法自动检测目标测点和激光光斑位置,逐帧计算并更新比例因子,估计并消除无人机自身的运动,从而计算目标测点的绝对位移;为验证该方法的准确性,设计一个小型框架模型试验,随后又将此方法应用于大型地震模拟振动台试验。结果表明,利用无人机进行视觉测量得到的位移响应与激光位移计和加速度计测得的参考数据具有良好的一致性,在结构动位移测量和模态参数识别上均能较好地应用。

摘要： 为了解高墩大跨铁路连续梁桥动力特性,对其进行环境振动试验,分别使用经验小波变换、经验模态分解,以及随机子空间识别三种方法识别其模态参数.介绍了松头江特大桥工程概况、环境振动试验概况;利用经验小波和经验模态分解对测试到的主桥横向、竖向加速度时程信号进行分解,获得单分量信号响应;结合随机减量技术和Hilbert变换识别桥梁模态参数,并利用随机子空间识别结果作为比对校核.结果表明:该桥前五阶自振模态中有三阶是横向振动,高墩大跨连续梁桥横向振动效应明显.三种方法均能较准确识别桥梁模态参数;相比经验模态分解,经验小波变换能够避免模态混叠和模态遗漏;相比随机子空间识别,能避免稳定图中的虚假模态.

摘要： 针对目前高速旋转机械通过建模求解各阶固有频率复杂、困难问题,提出一种基于随机子空间(Stochastic Subspace Identification,SSI)和经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)相结合的系统模态参数识别方法.该方法首先通过对转子系统运行工况下的振动响应进行分段滤波获取各阶模态自由衰减分量,然后引入EMD对处理后的信号进行分解,降低模态混叠及其他信号成分对模态参数识别的影响.其次,以EMD分解后的数据为基础,构建Hankel矩阵,通过SVD分解和卡尔曼状态滤波得到系统的随机状态模型,并对状态矩阵进行特征值分解,从而得到系统的一阶与二阶模态的固有频率.仿真分析和转子实验台的实际测试结果表明,该方法可以有效识别运行工况下转子系统的一、二阶固有频率,为后续系统特性分析和故障辨识提供新的思路.

摘要： 基于实船复合材料螺旋桨模态参数识别研究,建立了复合材料螺旋桨单片桨叶和各桨叶螺旋桨整桨几何模型.采用单点阻抗激励方法,对单片桨叶通过布置不同传感器测点数,研究传感器总质量对单片桨叶模态参数的影响;采用阻抗同向激励方法,对复合材料螺旋桨各桨叶同向激励,研究各桨叶模态参数的差异性;通过对复合材料螺旋桨桨叶在不同介质下的激励,对比研究了复合材料螺旋桨在干湿态下的模态参数差别.

摘要： 土木工程结构具有体型庞大、不易人工激励等特点,传统的模态参数识别方法越来越表现出它的局限性.而环境激励下结构模态参数识别,利用自然激励方式,无须贵重的激励设备,不中断结构的正常使用,方便省时等,仅根据系统的响应信号进行模态参数识别,相比传统的模态参数识别方法具有显著的优点.随机子空间识别方法是目前较为先进的一种时域识别方法,本文基于随机子空间识别方法的环境激励下结构模态参数识别,先用四层框架模型验证编制的随机子空间算法程序的有效性,然后用其对南昌西站实测响应数据进行识别.识别结果表明该方法能较好地识别出结构的模态参数.

摘要： 基于EMD和SSI的模态参数识别方法结合了EMD与SSI法的优点,适合处理非线性、非稳态信号,仅靠输出数据可进行模态参数识别.本文介绍了该方法的基本原理与算法步骤,总结了该方法的研究历史与现状,分析该方法识别土木工程结构模态参数的可行性,并提出了该方法的发展展望.

摘要： 文章介绍了多参考最小二乘复频域模态参数识别方法的理论基础和工程背景。并以汽车轮胎及全内饰车身的模态试验 检验了该方法的应用效果。结果表明该方法对于大阻尼、高度密集模态的结构（系统），以及数据被噪声所严重污染的情况，都能够很容易实现准确的模态定阶，并获得精确的模态参数。

摘要： 基于有限元和试验模态分析技术对某型铁道客车车体进行了计算与试验对标,同时研究了结构车体支撑刚度变化对模态频率影响的变化特性.研究结果:该研究对象整备状态下一阶垂弯计算与试验频率均高于标准规定的10Hz,能够满足标准的相关要求,计算与试验误差基本都在5％以内,其计算精度能够满足工程应用要求;结构车体在弹性支撑作用下的各阶模态频率略大于自由模态频率,且随着支撑刚度的增大各阶模态频率呈增大趋势;建议今后模态试验用于结构车体弹性支撑的刚体频率在3Hz～5Hz范围内选取,同时建议对于铁道车辆模态仿真计算可直接计算车体的自由模态.

摘要： 模态参数的准确识别是对结构进行健康监测和损伤诊断的重要课题之一.近年来,基于振动的大坝健康监测技术也得到了越来越多的关注.传统的大坝动力测试方法主要通过有线或无线的传感器记录大坝的振动信息.这些传感器的安装和维护耗时费力,更重要的是传感器的布置相对坝体而言是稀疏的,无法达到坝体模型更新及损伤识别的要求.相对于传统的接触式振动测量方法而言,非接触式的摄像机测量技术更加方便高效,同时具有更高的空间分辨率.本文以国内某拱坝为工程背景,基于Abaqus有限元分析平台,建立了空库条件下拱坝-地基线弹性分析模型,模拟了地震激励下拱坝振动响应过程并导出坝顶运动视频.采用基于相位的视频运动估计方法提取坝顶的运动信息,通过频域分解法(FDD)识别拱坝的自振频率.采用基于相位的运动放大技术获取不同自振频率下坝顶的运动放大视频,通过图像处理技术提取不同自振频率下坝顶的工作变形.比较视频测量方法获取的拱坝模态参数(自振频率和工作变形)与Abaqus模态分析获取的拱坝模态参数,两种方法结果吻合较好.因此,通过视频测量方法可以准确提取拱坝模态参数,并可以作为拱坝健康监测和损伤识别的重要方法之一.

摘要： 本文以吉安市赣江大桥为背景,进行了该桥六跨预应力混凝土连续梁桥部分的现场环境振动试验,利用频域中的峰值法和时域中的随机子空间法分别进行桥梁模态参数识别,建立了该桥三维有限元模型并进行理论模态分析.结果表明连续梁桥的频率较为密集,有限元模型计算频率小于实测值.基于参数敏感性分析方法合理选择修正参数并进行有限元模型修正.修正后模型的计算结果与实测结果吻合较好,表明修正后的有限元模型可作为基准有限元模型,该模型可用于桥梁状态评估和健康监测.

摘要： 曲轴是柴油机中最重要和承载最复杂的零件之一,为了保证其设计的合理性和工作的可靠性,曲轴设计已经开始由静力学设计和经验设计向动态设计转变.试验模态分析技术是研究曲轴动态特性的基本方法之一,为了准确获取曲轴的模态参数,文章使用多输入多输出锤击法完成了曲轴的自由模态测试,基于ERA算法完成了模态参数识别,识别结果可用于优化有限元模型,为曲轴动态设计、减振等工作提供了数据支持.

摘要： HHT是新提出的一种信号处理方法，与传统方法相比有许多优势。颤振余量法是一种经典的颤振边界预测方法。通过HHT法进行模态参数识别，得到不同风速下各阶模态的频率和阻尼，与MIMO法得到的频率和阻尼相比，更接近理论计算值。据此使用三自由度颤振余量法进行预测，所得颤振边界与MIMO法得到的颤振边界相比，更接近实验结果，说明了应用HHT结合颤振余量法于颤振边界预测的可行性与有效性。

摘要： 一种基于子结构模态参数的损伤识别方法及系统，方法包括：将整体结构划分为若干个尺寸较小的子结构，并建立与各个子结构对应的多维ARMAX模型；利用多维ARMAX模型的自回归系数对子结构的固有频率和振型进行估计；通过观察损伤前后各个子结构模态参数的变化，确定损伤所在的子结构；针对存在损伤的子结构，建立子结构损伤识别求解方程，并对方程进行求解；根据解向量，识别损伤在子结构中的具体位置和损伤程度。本发明利用多维ARMAX模型识别子结构模态参数，子结构模态参数与整体结构模态参数相比对结构局部损伤更加敏感，能够实现对结构局部区域的损伤识别分析。

摘要： 本发明提出基于短时窄带模态分解的土木工程结构模态参数识别方法，包括：利用自然激励技术获取自由振动响应；进行离散傅里叶变换，得到傅里叶谱；进行短时窄带模态分解算法，得到各单分量的瞬时振幅和瞬时相位；拟合曲线，获取固有频率和阻尼比；本发明能够在结构运营状态下进行模态试验，不影响结构的正常使用及附加试验荷载。另外，本发明的计算精度高，为模态试验提供高精度的结果；本发明不需外加试验荷载，大大减小了模态试验的成本；能够对在自然激励状态下得到的高噪声加速度信号进行处理，在噪声环境下具有一定的鲁棒性。

摘要： 本发明公开了一种超高层结构模态参数识别方法，基于离散同步挤压小波变换能有效地分析非平稳、非线性以及强噪声信号，准确地以谐振分量的形式重构复杂合成信号的模态分量的特点，并结合希尔伯特变换(Hilbert transform,HT)能有效分析谐振分量，得到瞬时幅值和频率的特点，从而达到识别超高层结构主要频率和阻尼比的目的，为了保证识别模态参数的准确性，引入最小二乘线性拟合方法(linear least‑square fit,LLST)来平滑预测的结果。

摘要： 本发明提出基于短时窄带模态分解的土木工程结构模态参数识别方法，包括：利用自然激励技术获取自由振动响应；进行离散傅里叶变换，得到傅里叶谱；进行短时窄带模态分解算法，得到各单分量的瞬时振幅和瞬时相位；拟合曲线，获取固有频率和阻尼比；本发明能够在结构运营状态下进行模态试验，不影响结构的正常使用及附加试验荷载。另外，本发明的计算精度高，为模态试验提供高精度的结果；本发明不需外加试验荷载，大大减小了模态试验的成本；能够对在自然激励状态下得到的高噪声加速度信号进行处理，在噪声环境下具有一定的鲁棒性。

摘要： 本发明涉及大型汽轮发电机定子端部绕组的动力学性能研究领域，特别涉及一种基于模态参数的发电机定子端部绕组物理参数识别及其数学模型建立方法，参数识别方法包括建立其三维几何模型及其对应的精细化有限元模型，计算其径向振动频响函数；采用最小二乘复频域法对得到的频响函数进行模态参数识别；根据集中质量法得到端部绕组的质量矩阵和刚度矩阵；对获得的质量矩阵和刚度矩阵进行修正，并特征值分解得到简正振型；根据简正振型、模态阻尼矩阵和阻尼矩阵之间的数学关系对阻尼矩阵进行识别；利用质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵建立端部绕组数学模型；本发明能指导端部绕组进行结构优化和损伤鉴别，减低发电机的故障发生率。

摘要： 本发明公开了一种工作模态参数识别方法、系统及故障位置识别方法，涉及模态参数识别技术领域，其中，一种工作模态参数识别方法包括：获取幕墙在环境随机激励下的一维时域振动位移响应信号；采用多维尺度分析法对所述一维时域振动位移响应信号进行时间维度的降维，得到降维后的响应信号；以所述降维后的响应信号作为模态坐标响应；根据所述模态坐标响应，采用单自由度技术或傅里叶变换确定各所述目标点处对应的模态固有频率；根据所述模态坐标响应，采用最小二乘广义逆确定各所述目标点处对应的模态振型。通过本发明能够识别更多的高阶模态、提高识别精度。

摘要： 本发明提供了一种基于聚类分析与数据融合的模态参数自动识别方法，包括：通过SSI算法对桥梁结构的加速度数据进行模态参数识别，获得桥梁结构的第一模态参数识别结果；利用聚类算法对第一模态参数识别结果进行分析确定桥梁结构的稳定模态；采用EFDD算法对测量数据进行分析，并在桥梁结构的稳定模态的邻域范围内进行模态参数识别，获得桥梁结构的第二模态参数识别结果；针对第一模态参数识别结果和第二模态参数识别结果分别进行模态置信度检验，获得第一有效模态和第二有效模态；针对第一有效模态和第二有效模态进行温度修正；将修正温度影响后的第一有效模态和第二有效模态进行融合得到桥梁结构的模态参数识别结果。

摘要： 本发明涉及设备升级技术领域，为一种基于随机子空间模态参数识别的结构健康监测方法，包括：S1，输入结构监测点的时域响应信号，构造Hankel矩阵；S2，计算Toeplitz矩阵，提取对角线元素相等的Toeplitz矩阵T1；S3，对T1进行奇异值分解得到U、Σ和V矩阵；S4，估计动力系统阶数并据此对应提取U1、Σ1和V1矩阵；S5，计算可观矩阵Θi、可控矩阵Ξ、观测矩阵C及系统矩阵A，并求解系统矩阵A的特征值；S6，计算结构模态参数，以此来判断结构健康状态。无需利用贵重激励设备对结构施加人工激励，直接采用车辆、行人、风及其组合灯作用于结构产生的响应进行参数识别，节省了激励设备的携带、安装及调试等费用，也节省了时间和相应工作人员的费用。

摘要： 本发明涉及一种基于MWTLMDS的幕墙工作模态参数识别方法及系统，包括：获取幕墙在预设时间内的振动位移响应信号，利用滑动窗口对振动位移响应信号进行截取，得到滑动窗口内的截取数据；对滑动窗口内的截取数据用模态坐标表示，得到幕墙的模态振型；对滑动窗口内的截取的振动位移数据应用多维尺度分析法和迁移学习，得到距离矩阵；对滑动窗口的距离矩阵引入中心化矩阵得到变形矩阵后进行特征值和特征向量分解后应用单自由度技术或傅里叶变换，得到幕墙的模态固有频率；遍历所有滑动窗口后识别结束。本发明方法中应用了滑动窗口进行数据的截取，同时利用多维尺度分析法和迁移学习对截取数据进行处理，能够更精确的识别出幕墙的模态参数。

摘要： 本发明提出了一种大跨度空间结构模态参数识别方法，用以解决目前模态识别方法处理非平稳非线性信号存在模态混叠的技术问题。本发明将位移信号表示为多个正弦函数的组合，求位移信号受到干扰的解析信号；判断解析信号中各个分量的频率选取基准频率；根据基准频率将解析信号进行右移得到改进信号并进行标准经验模态分解，得到各个本征函数；将各个本征函数通过Hilbert变换求解析信号，得到位移信号的各阶模态函数；根据各阶模态函数求解结构模态参数。本发明可以有效解决传统EMD方法会出现模态混叠导致算法无法使用的问题，本发明具有较好的自适应性和鲁棒性，可以很好的处理信噪比较差、非线性和非平稳信号；且具有较强的可操作性，可以适用于工程现场使用。