基于离散频谱分析的自由衰减振动信号的幅值恢复

加矩形窗截断后的自由衰减振动信号可以看成无限长谐波信号与单边指数函数及矩形窗的乘积,从理论上证明了其连续谱峰值点的频率和相位就是信号的实际频率和相位。分析了连续谱的离散频谱幅值误差影响因素,提出一种新的求解幅值恢复系数的方法,该方法根据已估计得到的阻尼、频率和相位重构幅值为给定值的新信号,然后求解加有限长度指数窗幅值恢复系数。当理论频率位于某条离散谱线上,幅值基本无误差。理论分析和仿真表明,采样频率、阻尼和频率误差的变化对幅值分析精度的影响很大,并且是相互作用的,但当理论频率与采样频率之比fn/fs在区间(0.25,0.4)内,且阻尼在区间(0.005,0.02)时,不论频率误差多大,分析精度均很高,幅值误差小于5%。相邻频率成分产生严重模态耦合时,不能使用该方法。

基于复解析带通滤波的自由衰减振动信号的频谱校正法

通过复解析带通滤波构造时域信号的解析信号,消除因时域实信号作FFT时由于时域截断产生的负频率成分能量泄露对正频率成分的干扰,从而提高自由衰减振动信号频谱校正精度。仿真分析及工程实测结果表明,当各个固有频率相隔较远时,校正精度很高。但在各阶固有频率靠得很近时不能直接使用这种方法。

密集频率成分自由衰减振动响应信号解耦方法

基于单一频率成分的自由衰减振动响应信号的相关性原理,提出了一种频率密集成分的两耦合振子自由衰减振动响应信号的解耦算法。通过对模拟的两耦合振子密集频率成分的自由衰减振动响应信号进行解耦,验证了此算法的正确性和有效性。仿真实例研究发现,整体解耦精度随采样频率的增大及两特征信号相对频率间隔的增大而显著提高。当无噪声干扰(或噪声干扰很小)时,该方法的解耦精度很高;当有强噪声干扰时,该方法对频率密集成分的两耦合振子自由衰减振动响应信号的解耦仍有一定的精度。

基于自由振动衰减信号包络线法辨识硬涂层复合结构的阻尼特性

硬涂层阻尼减振是一种新兴的振动被动控制方法,而测试出硬涂层复合结构的阻尼特性参数是阻尼减振研究的基础。由于硬涂层阻尼机理的复杂性,目前还没有通用而有效的方法辨识涂层复合结构的阻尼。本文主要研究基于自由振动衰减信号包络线法辨识硬涂层-薄板复合结构阻尼特性的方法。首先,用实验说明了锤击激励、半功率带宽法拾振对于测试薄板结构阻尼特性的局限性。接着,推导了自由振动衰减信号包络线法辨识阻尼特性的原理性公式,提出了具体的测试复合结构模态阻尼比的流程,并在此基础上,搭建了相应的振动测试实验系统。最后,以涂敷NiCrAlY的钛板为对象,对其涂层前后的阻尼特性进行了测试,测试结果表明,本文所提出的方法具有较好的可重复性,从而确保具有较高的测试精度。同时,还讨论拾振传感器的类型以及激振力幅等对薄板结构阻尼测试结果的影响。

基于自由振动衰减响应的硬涂层材料力学特性参数辨识

获得硬涂层材料的储能模量和损耗因子等力学特性参数是硬涂层复合结构建模及减振优化设计的基础。现有的关于硬涂层材料参数辨识研究通常是基于梁形试件和复杂的实验过程。而这里面向悬臂板结构,提出一种仅需测得涂层前后悬臂板的时域共振自由振动衰减响应,来辨识硬涂层材料力学特性参数的方法。首先,确定了由自由振动衰减响应辨识硬涂层储能模量及损耗因子的原理。进一步,给出了获得上述硬涂层材料参数所需的关键参数(包括响应包络线、即时共振频率和阻尼)的辨识方法。再则,描述了硬涂层板有限元建模以及共振频率、模态应变能和参考应变的求解方法。最后以涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的悬臂薄板为例进行了实例研究,获得了该混合涂层的储能模量及损耗因子。进一步,将获得的硬涂层材料参数代入到有限元分析模型,通过对比试验与有限元计算获得的硬涂层板前6阶共振频率,证明了所辨识的材料参数的合理性。经比较发现,辨识获得的硬涂层储能模量及损耗因子随参考应变的变化规律同其他文献基本一致,但该结果可直接用于硬涂层板形结构的建模。

基于高斯法的自由衰减振动频率和阻尼比校正

提出一种对自由衰减振动信号的频率进行校正的方法。该方法先搜索信号频谱的峰值,利用峰值和其临近的极大的四个点来逼近由这四个点形成的谱线,求出拟合曲线的参数;再对拟合曲线求导,找出具体的峰值,同时利用两次拟合得到的曲线峰值计算阻尼比。仿真分析及工程试验结果都表明,该方法可以有效提高检测精度,而且计算量相对较小。

自由振动衰减信号连续谱参数估计新方法

针对自由衰减振动信号的连续谱,提出了一种估计特征参数的方法,将其看成无限长谐波信号与单边指数函数及矩形窗的乘积,由FFT+FT的方法求出峰值处对应的频率、幅值和相位.根据频域卷积定理证明峰值点的频率和相位就是信号的实际频率和相位,依据由卷积关系得出的关于幅值的方程求出校正幅值.仿真表明,无噪声干扰时,频率、幅值和相位的最大误差分别为0,0.7%和3.5°;有噪声时(信噪比SNR=7.3 dB),频率、幅值和相位的最大误差分别为0,4.7%和6.5°,精度仍然较高.相邻频率成分产生严重模态耦合时,不能使用该方法.

自由振动衰减法在消能减震分析中的应用

介绍了采用自由振动衰减法计算减震结构附加阻尼比的方法,并在实际工程中进行应用。该方法概念清晰,计算简便。根据计算结果可知,由该方法计算的附加阻尼比安全有效,可满足实际工程的要求。

采用联合算法识别人-桥耦合系统时变模态参数

为更加准确地识别在役人行桥结构的时变模态参数,提出了一种基于联合方法的人行桥瞬时频率和时变阻尼比识别方法。首先,采用联合方法分别识别模态分量信号的瞬时频率和自由衰减振动信号的时频系数。然后,通过推导瞬时频率、时频系数模值和阻尼比三者之间的函数关系,估算获得人-桥耦合系统的时变阻尼比。最后,通过人-桥耦合数值算例和华威桥步行试验对联合方法进行了验证。结果表明:联合方法可以有效改善多种复杂因素下自由衰减振动信号提取结果不准确的问题,并且该方法识别的瞬时频率和时变阻尼比曲线可以清晰地表征行人空间位置变化对钢-混组合人行桥频率和阻尼比的变化趋势。

基于跑车余振的混凝土梁桥阻尼比估算方法

分析了混凝土梁桥跑车余振信号的特点,提出桥梁自由衰减振动分段幅值估算阻尼比的方法,以提高阻尼比的识别精度。该方法通过对结构余振信号分段截取做FFT变换,利用相邻两块数据的幅值求得其阻尼比。仿真分析比较了该方法与传统半功率点法估算结构阻尼比的精度,结果表明该方法在有限衰减数据长度内精度优于传统半功率点法。利用该方法对某混凝土连续刚构桥的跑车余振信号进行阻尼比识别,得到前两阶竖弯频率对应的阻尼比,识别结果稳定,可作为该桥的实际阻尼比。

悬臂薄板结构阻尼特性几种测试方法的比较

在振动和噪声控制中,阻尼的测试有着重要的工程及学术意义.在明确阻尼辨识原理的基础上,以悬臂薄板结构为研究对象,搭建了锤击、振动台、压电陶瓷激励三种测试系统,分别采用半功率带宽法和时域自由振动衰减法进行了阻尼测试.并从重复性、测试精度、测试阻尼的频率范围和测试效率等方面,将各种阻尼测试结果进行了比较.最终认为,宜采用振动台扫频激励的方式和半功率带宽法对所研究的薄板进行阻尼测试和辨识.可为悬臂薄板结构后续的响应预估和阻尼优化设计提供重要的参考.

软件滤波在土体自振柱试验中的应用

自振柱试验是测量土样动剪切模量和阻尼比的常用方法,但由于噪声等环境因素的影响,土样扭剪自由振动的衰减波曲线有时会因高频干扰出现不平滑现象,难以得到合理的测试结果。软件数字滤波是解决这类问题的有效方法。本文通过多种软件数字滤波方法优缺点的对比,认为平均滤波法和惯性滤波法能有效解决试验数据中的高频干扰问题,并分别选择适当的滤波参数,得到了平滑的自振衰减波曲线;最后,采用平均滤波法处理了两组自振柱试验数据。结果表明,软件滤波法确能有效消除不合理数据,得到符合一般规律的土体动剪切模量和阻尼比试验结果,从而验证了其在土体自振柱试验中的应用价值。

不同水深环境下桥梁群桩基础动力特性

强烈地震作用下,水与群桩基础的互相作用问题一直没有得到很好解决。本文使用结构自由振动衰减力锤激励的方法对深水桥梁群桩基础考虑水影响下的动力特性进行了有益的探索与研究。以某深水桥梁群桩基础为工程背景,设计制作试验水池及缩尺比为1/30的九桩模型,介绍了在不同水深环境下进行模态试验的方法;同时利用有限元分析软件ADINA建立了水-结构相互耦合作用的三维实体有限元模型,对其动力特性进行了理论分析。通过比较不同水深环境下结构振动一阶侧弯与扭转阵型的试验与理论分析结果,验证了本文针对群桩基础结构模型所用的自由振动衰减模态试验方法是成功的;在考虑水-结构相互耦合作用后,结构的振型周期延长,频率减小;随着水深增加,结构频率变化越大。

后张预应力摇摆墙动力耗能机制分析

为分析后张预应力摇摆墙的墙-基摇摆碰撞冲击阻尼在地震动能量输入中的能量耗散贡献。基于ABAQUS建立摇摆墙精细化模型,结合模态分析确定摇摆墙结构动力特性,模拟发生大侧移下摇摆墙自由衰减振动,获得墙顶位移、速度和加速度动力时程响应,以摇摆墙恢复系数作为冲击阻尼量化指标,综合评价了不同高宽比和预应力水平摇摆墙的包含碰撞耗能多机制耗能能力。结果表明:所提出的模型能够精确还原摇摆墙试验模型的动力响应;高宽比对摇摆墙动力特性影响显著,减小高宽比可明显提高碰撞耗能占比,最高为78.3%;初始预应力水平对摇摆墙动力特性和自由衰减振动响应影响并不明显,但可显著提高耗能能力,将耗能占比提高至36.8%。

钢管混凝土拱桥动力特性测试

介绍了动力特性测试基本原理、常用激振方法及钢管混凝土拱桥动力特性测试时传感器布置等方面的一些考虑,分析了环境随机激振法与自由衰减振动信号谱分析法的特点及异同,测试结果表明,自由衰减振动信号谱分析法可以更好的识别结构固有频率.

工业检测技术在水工建筑物中的应用探讨

本文提出用工业检测技术中简称为“敲击法”的振动测试法.测定轻型水工建筑物的整体性能。并对这种方法进行了初步探讨。通过对渡管补强前后的对比试验。说明这种方法是可行的。用“敲击法”对渡管老化程度作出的评价与常规法得到的结果是一致的。

考虑吊索阻尼比影响的悬索桥抖振响应分析

目前对大跨度悬索桥抖振响应的分析中,往往忽略了吊索阻尼比的影响。本文在考虑吊索阻尼比的情况下研究悬索桥抖振响应,采用了自由振动衰减法计算不同长度、初张力、直径、风速下的吊索阻尼比,分析吊索阻尼比与总阻尼比间的关系,构建了单吊索—主梁阻尼模型,最终由抖振分析计算出吊索阻尼比对悬索桥抖振位移均方差的影响。结果表明,悬索桥跨中位移随着吊索长度的增加而增大,随着吊索初张力的增大而增大,随着吊索直径的增大而减小,风速对悬索桥抖振响应有较大的影响,随着风速的增加而增大,且基本呈线性增长。因此在计算和设计悬索桥时,必须考虑吊索阻尼比的影响。

在Matlab/Simulink仿真平台上演示和模拟高分子的粘弹性

设计了基于Matlab/Simulink的高分子粘弹性计算机辅助教学(CAI)软件。计算机程序由各种功能模块根据聚合物的粘弹性原理连接组合而成,通过点击模块可以输入和修改实验数据和模拟参数,运行后可以从虚拟的“示波器”、“数字显示屏”和“XY记录仪”上显示模拟结果。该软件可演示和模拟高分子材料的静态和动态粘弹性行为,如形变的滞后效应、动态力学损耗、Boltzmann叠加和自由振动衰减曲线等。该软件不仅可用于高分子物理课程的教学演示,也能够应用于高分子材料的设计和研究。

地震作用下防屈曲支撑减震结构附加有效阻尼比计算及变化规律研究

基于《建筑消能减震技术规程》(JGJ 279-2013)的附加有效阻尼比计算方法,推导防屈曲支撑(Buckling-Restrained Brace,BRB)减震结构等效单自由度体系的附加有效阻尼比计算式,分析主体结构处于不同工作阶段附加有效阻尼比变化规律,并用自由振动衰减法验证其变化规律的正确性。结果表明,主体结构弹性时,附加有效阻尼比随结构变形增加先增大后减小;主体结构塑性时,BRB附加给结构的有效阻尼比与结构屈服后刚度有关。讨论阻尼器型BRB(记为第Ⅲ类)设计原则,并分析结构第一阶段抗震设计时附加有效阻尼比的取值原则。