谐波干扰下海上风机结构工作模态识别

针对海上风力发电机组高转速叶轮对风机结构会造成强烈的周期性激励,而该强谐波作用往往会淹没响应中的结构模态信息,增加识别结构工作模态参数难度问题,以某海上风电试验样机振动响应原型观测信号为研究对象,采用基于改进特征系统实现法(Eigensystem Realization Algorithm,ERA)与概率密度函数法(Probability Density Function,PDF)结合的工作模态识别方法及判定思路,剔除不同工况下转频、倍频谐波成分干扰,实现风机结构多阶工作模态参数有效识别。该方法不仅能有效避免谐波干扰以获取结构的真实工作模态,同时对海上风机结构运行安全性实时在线监测、评估具有较好的工程适用性。

基于邻域保留投影的工作模态参数识别

针对拉普拉斯特征映射和等距离映射算法识别弱非线性特征模态精度低的缺点,提出一种利用邻域保留投影算法的工作模态参数识别方法。该方法利用局部线性特征寻找结构位移响应数据的低维嵌入数据,低维嵌入数据与模态坐标响应矩阵相对应;利用单自由度识别技术从模态响应矩阵中识别出结构的模态固有频率;再用最小二乘广义逆估计变换矩阵,变换矩阵与模态振型矩阵相对应。该方法能够保留数据的局部线性特征,从而识别弱非线性模态。通过三维圆柱壳仿真数据集的识别结果表明,相比拉普拉斯特征映射和等距离映射算法,邻域保留投影算法能够更有效地识别出弱非线性特征模态的参数,平均识别精度更高。

基于环境激励的钢管混凝土拱桥工作模态识别及修正

为了对已经运营多年的钢管混凝土拱桥结构的抗震性能进行验算和评估，以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例，建立其用于抗震分析的初始有限元动力模型，利用设置在拱桥上的健康监测系统，在环境激励下，采用FDD法对实际结构的工作模态进行识别，依据识别结果采用零阶近似法对初始有限元模型进行了修正。通过模态识别到模型修正的途径，可以将健康监测系统与抗震分析联系起来，为抗震分析提供一个基于实际状态的更为准确的动力分析模型。结果表明：FDD法可以准确识别出钢管混凝土拱桥的前5阶模态，具有良好的识别效果；主拱肋、稳定拱、吊杆、横撑和主梁所对应的材料特征值在修正前后的变化量为8．77％～10．21％，对结构动力特性有显著的影响；采用零阶近似法对模型进行修正后可以得到满意的结果，计算频率与实测频率的误差可缩小至0．11％～3．76％，修正后的模型能更为准确的体现实际状况，从而可以对已运营多年的桥梁结构做进一步抗震验算和评估。

基于滑动窗变步长等变自适应源分离的线性慢时变结构工作模态参数识别

为了仅从非平稳振动响应信号中在线识别线性慢时变弱阻尼结构的时变和瞬态的模态参数,提出一种基于滑动窗变步长等变自适应源分离(MWVEASI)的工作模态参数识别方法。该方法采用固定窗长技术,使得非平稳振动响应信号在每个窗内可近似看作是平稳的随机序列,线性慢时变结构可看作多个时不变结构。在每个窗内,再利用变步长的EASI算法识别出该时段内的模态振型和固有频率作为最中间时刻的瞬时模态参数。最后移动窗口,得到线性时变结构的整个时段的工作模态参数。在质量慢时变的三自由度弹簧振子结构的仿真数据集上的识别结果表明,两种不同的MWVEASI方法都能够很好地识别线性慢时变结构的模态振型、固有频率,与滑窗固定步长EASI、变步长EASI算法相比,MWVEASI能够更好地跟踪时变特性,识别精度高、收敛速度快。

基于稀疏成分分析的欠定工作模态参数识别

针对基于独立成分分析的工作模态参数识别方法可识别模态数较少的问题,提出一种基于稀疏成分分析的欠定工作模态参数识别方法。该方法从线性时不变小阻尼结构的模态振型、模态坐标的性质和稀疏成分分析的基本假设出发,找出模态振型与混合矩阵之间、模态坐标响应与稀疏成分之间的一一对应关系,将欠定工作模态参数识别问题转化为稀疏成分分析问题。首先,从基于传统盲源分离的工作模态参数识别中存在的问题和稀疏成分分析流程,建立了基于稀疏成分分析的工作模态参数识别框架和流程步骤;其次,针对欠定工作模态参数识别振型的解释和评价问题,提出欠定条件下识别振型的特点及评价方法;最后,讨论了可识别模态数、模态遗漏、虚假模态及方法的适用范围,并与独立成分分析方法进行了理论比较。通过5自由度仿真数据集下的工作模态参数识别,表明所提方法具有有效性和优越性。

基于自迭代主元抽取的工作模态参数识别

针对传统批处理主成分分析工作模态参数识别中存在的矩阵奇异值或特征值分解病态问题,本文提出了一种基于自迭代主元抽取的工作模态参数识别方法。与传统批处理主成分分析通过矩阵分解一次获得所有主成分不同,该方法通过自迭代逐一抽取主成分从而实现主要贡献工作模态的逐一识别。理论分析表明,该方法的时间复杂度和空间复杂度比传统批处理主成分分析工作模态参数识别方法更低。在简支梁仿真数据集上的识别结果表明,自迭代主元抽取算法可以从平稳随机响应信号中有效地识别出线性时不变结构的主要贡献模态振型和固有频率,在响应测点和采样时间较多时其时间开销较传统方法也更小。

内部激励下高速列车齿轮箱振动行为及轴承载荷特性实验研究

内部激励是影响高速列车齿轮箱振动及齿轮箱轴承动载荷的重要因素。借助齿轮箱传动系统试验台架,在多种扭矩与转速工况下,开展了高速列车齿轮箱箱体振动响应及齿轮箱轴承载荷测试试验。对各工况下齿轮箱不同部位的振动信号进行分析,发现特定转速下的齿轮啮合频率能够激发齿轮箱箱体的模态共振,而扭矩能够影响系统的频响特征。对加速工况下的齿轮箱振动加速度进行了阶次跟踪,并通过基于阶次的工作模态识别方法获取了齿轮箱箱体的模态参数,发现齿轮箱的工作模态振型导致了齿轮箱在不同转速下振动行为的差异。通过对比不同工况下齿轮箱振动加速度均方根和实测轴承载荷变异系数,建立了齿轮箱轴承载荷动态特性与齿轮箱振动行为间的对应关系。

基于振动信号处理的新型幕墙结构远程在线实时健康监测系统

针对国内对幕墙的安全性能检测无法达到定量评估、无法在线实时的问题,设计了新型幕墙结构远程在线实时健康监测系统,将时变工作模态参数识别、随机动态载荷识别、振动响应预测、调度能耗管理等技术应用在新型幕墙结构健康监测上,实现了幕墙结构7×24小时远程在线实时健康监测和提前预警,及时识别幕墙的变形、老化、损伤位置和程度,采用遮阳、喷淋水、开启等自动控制手段,防止幕墙因为高温、台风和暴雨等极端天气振动过大而爆裂失效.