基于应变响应功率谱传递比的海上风机工作模态识别

利用传递比函数与应变响应的优势,提出了基于应变响应功率谱传递比(SPSDT)的海上风机工作模态识别方法.该方法无需通过复杂的信号预处理,仅基于传递比函数识别响应信号的统计特性差异,便可有效区分结构工作模态与谐波干扰.选择某海上风机结构为应用及验证对象,首先利用风机停机状态下的加速度和应变响应识别结构模态参数,验证了应变模态分析方法的可行性.随后利用风机在工作状态下多个工况的应变数据,进一步验证了通过结合SPSDT函数可使新方法有效克服转频谐波干扰,准确稳定地识别不同工况下风机工作模态.将该方法应用于风机结构的模态识别,具有良好的发展潜力和应用前景.

基于响应功率谱传递比的应变模态参数识别方法研究

结构工程在建成服役后,其动力灾变和安全服役问题突出。在研究结构动力灾变机理和动力安全性评估时,一个关键问题就是正确地识别结构工作时的动力特性或模态参数。近年来,应变模态参数由于其对结构损伤较位移模态参数具有的更高的灵敏度等优点而受到较为广泛地关注,应变模态参数识别也成为了结构健康监测领域的研究热点。文章对基于功率谱传递比的应变模态参数识别方法进行了研究。论文构建了应变功率谱传递比的概念,证明了应变功率谱传递比函数在系统极点处具有与两测点应变振型之比等价的特性,并将其用于结构应变模态分析。最后,通过数值算例和实验梁振动测试分析验证了方法的准确性和有效性。

基于响应功率谱传递比的桥梁结构工作模态参数识别方法

为实现基于振动传递比函数的工作模态分析方法能够在任一荷载工况下识别结构模态参数,引入参考响应思路,构建响应功率谱传递比(Power Spectral Density Transmissibility, PSDT)函数。首先利用比例函数的极限定理,揭示PSDT在系统极点处的重要特性,进而根据这一特性建立PSDT驱动的峰值法;同时为解决传统传递比方法无法识别结构阻尼的问题,建立基于PSDT驱动的最小二乘复频域法(LSCF),通过参数化拟合思路识别频率、振型和阻尼比,并运用稳定图辅助剔除虚假模态。通过10层剪切型框架结构数值算例,对比研究外部激励性质对PSDT法及传统频域法(峰值法、频域分解法)识别结果的影响。最后,运用PSDT法对环境激励下的人行桥进行工作模态分析,并与传统响应传递比方法及随机子空间法(SSI)结果进行对比。研究结果表明:在同一工况下不同参考响应的PSDT函数在系统极点与外部激励性质无关,且等价于振型比值;PSDT法相比于传统频域法对外部激励具有更为良好的鲁棒性,能够降低识别谐波激励引起的虚假模态的风险;不同于传统响应传递比方法,在任一工况下基于PSDT法能够识别人行桥的包括阻尼比在内的工作模态参数,并产生更为清晰的峰值和稳定图,具有更好的可操作性;该方法识别结果与SSI结果吻合较好,验证了其在任一荷载工况下分析实际桥梁结构工作模态特性的可行性。

对功率谱密度传递率作用原理的探究

功率谱密度传递率(Power Spectrum Density Transmissibility,PSDT)是一种描述系统响应的功率谱之间关系的(复)频域函数,主要被用于作为运行模态分析的初始数据。与传统的方法不同,基于PSDT的运行模态分析具有不受激励中有色成分影响的特点,因此具有广阔的发展和应用前景。然而,现有的对PSDT的研究基本上集中于应用层面,关于PSDT的概念、性质等基础问题的讨论非常少见。从系统的角度出发,深入地讨论了PSDT与模态参数和激励中有色成分的关系,分析了不同荷载条件下能够对PSDT产生影响的因素,探究了PSDT作为运行模态分析的初始数据的作用原理。数值和实验验证的结果证明了所得到的结论的正确性。

应变功率谱密度传递比与工作应变模态参数识别

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。

发动机管路系统传递特性分析方法

为克服发动机试车时管路系统无测点、无法评价振动响应的缺陷,提出了基于传递率函数和功率谱密度传递率的测试信号进行传递特性分析、预估发动机管路系统上任意未知测点的响应特性的方法。以某型发动机管路振动分析为例,首先,获取发动机管路系统结构动力特性的精确描述。通过模态试验的测试数据,对管路结构的有限元模型进行模型修正,进而得到有限元对结构动力学特性的精确仿真;然后,实现从发动机机匣到管路的振动传递。基于热试车试验,通过传递率函数分析机匣上测点振动响应之间的关系,建立机匣到管路的振动传递描述;最后,实现管路任意位置的响应预估。通过机匣上测点到管路任意点的功率谱密度传递率与试车稳态时测点的功率谱密度分析,预估管路任意位置的响应。此外,利用了两条不同的传递路径分析,得到了相近的预估结果,验证了本方法的有效性。

基于自适应乘法正则化的结构随机激励识别

针对结构随机激励识别存在的激励位置未知以及重构效率偏低问题,提出了一种基于自适应乘法正则化的结构随机激励识别方法。该方法无需依赖于激励位置的先验信息,仅通过结构响应即可实现激励的准确定位和高效重构。首先,利用不同响应功率谱之间的传递特性来计算任意指定激励位置的定位误差,进而通过最小化定位误差来识别目标激励位置;在此基础上,借助自适应乘性正则化方法,定义全局正则化项来构造新的重构优化函数;然后,引入广义迭代加权最小二乘算法对优化函数进行求解,从而实现了结构随机激励识别;最后通过数值算例验证了所提方法的有效性。结果表明:所提方法能够精准地定位结构随机激励位置,且在与Tikhonov方法重构精度相似的基础上,提高了识别效率约15倍,同时具备良好的抗噪能力,为结构外部作用效应的获取提供了一种新思路。

对PSDTOMA方法适用性的探究

基于传递率的运行模态分析(TOMA)是一种新颖的模态参数识别技术,其主要特点是能够在有色激励条件下实现运行模态分析。基于功率谱密度传递率的TOMA方法(PSDTOMA)是TOMA中最具实用性的一类方法,仅根据单一荷载条件下的响应信息即可识别模态参数。然而,PSDTOMA技术的普遍适用性一直没有得到系统研究。从理论出发,得到了一些关于PSDTOMA方法应用局限性的结论,数值和物理试验的结果随后验证了结论的正确性。