龙羊峡重力拱坝模态识别与材料参数反演

基于龙羊峡重力拱坝实测振动数据,利用随机子空间法进行了大坝模态参数识别,建立了坝体-地基-库水系统的三维流固耦合有限元模型。根据识别出的一阶频率,分别考虑均质地基及分层地基,反演了坝体与基岩材料参数,并通过有限元软件ABAQUS进行了大坝的动力特征分析。结果表明:龙羊峡重力拱坝的一阶频率为2.778~3.196 Hz,反演得到坝体的弹性模量约为50 GPa~52 GPa;对于均值地基,其弹性模量的反演值为30 GPa;对于分层地基,2 490 m高程以下区域的弹性模量为34 GPa;实测振动数据反演得到的坝体弹性模量和地基弹性模量高于其设计值;龙羊峡重力拱坝的前3阶振型分别为正对称、反对称与正对称,其1阶频率和2阶频率相差较大,与重力坝自振频率分布特征相似。

铝合金平面薄壁件动态特性研究与建模

针对三类常见的铝合金材料(6061/7050/7075)薄壁件,基于锤击实验的方法,开展了考虑切削路径频响函数模态参数的识别研究,获得了其动态特性影响因素,并构建了考虑切削振动的薄壁件动态特性模型。研究结果表明:6061/7050铝合金薄壁件固有频率随切削路径向工件中线靠近而增加,7075铝合金薄壁件则变化不明显。该文所构建模型可有效预测薄壁件加工路径上模态参数的变化。

稳定图方法在随机子空间识别模态参数中的应用

参数识别是结构健康监测领域研究中的重点。随机子空间法是近年来发展起来的一种线性系统辩识方法,可以有效地从环境激励的结构响应中获取模态参数。在随机子空间识别方法中,确定系统的阶数是该方法的关键工作。稳定图方法是一种比较新颖的确定系统阶次的方法,但该方法容易识别出虚假模态。针对这种情况对稳定图方法进行了改进,避免了虚假模态的出现,进而提高了随机子空间方法的识别精度。稳定图方法改进的重点是用模态置信因子来消除虚假模态。同时由于通常采用的阻尼理论与实际情况尚存在差距,影响了识别效果。在稳定图中将阻尼比的标准放松或取消,得到更加理想的识别效果。最后对此方法在一三跨连续梁的数值模型上进行了验证,结果表明,该方法具有良好的识别效果。

随机子空间产生虚假模态及模态遗漏的原因分析

参数识别是结构健康监测领域研究中的重点。随机子空间法是近年来发展起来的一种线性系统辩识方法,可以有效地从环境激励的结构响应中获取模态参数。由于它具有只需给定系统的阶次一个参数,不存在不收敛的情况等优势,越来越受到国内外业内人士的广泛关注。但是该方法也不是十全十美的,容易产生虚假模态和模态遗漏现象,这些都严重影响了识别效果。因此将识别结果中的虚假模态剔除,是随机子空间方法进一步在理论和应用上拓展的关键。要做到这些,首先要分析虚假模态产生的原因。该文就对虚假模态的产生原因进行了分析。分析表明虚假模态产生的原因主要有两方面:一方面是由于随机子空间方法的基本计算过程而导致的;另一方面是由于实际应用中输入信号不满足白噪声的假定和/或输出信号受到环境的干扰而导致的。分析中采用了一数值模拟例子。

随机子空间识别方法计算效率的改进

参数识别是结构健康监测领域研究中的重点。随机子空间法是近年来发展起来的一种线性系统辩识方法,可以有效地从环境激励的结构响应中获取模态参数。该方法的基本原理是将“将来”数据向“过去”数据进行垂直投影,进而根据该投影计算出可观测矩阵和一个Kalman滤波状态序列。而Kalman滤波序列是“过去”输出信号的线性组合,即“过去”输出和“将来”状态估计建立了关系。而从Hankel矩阵的组成来看,由于要使得该矩阵具有单无限的条件,所需的计算时间也比较长。据此对随机子空间方法进行了改进。改进的基本思想是采用一个测点的信号作为“过去”作为输出信号代替全部测点的信号。这样就减少了计算量。最后用一数值模拟算例进行了验证,结果良好。

频响函数曲线拟合与模态分析精细化

由于Vector Fitting(VF)将有理分式函数直接分解为部分分式和的叠加,极点(模态频率)获取顺序依模态贡献量由大到小排列,可保证拟合误差随拟合阶次增大迅速收敛,故对VF方法用于模态参数辨识的可行性进行论证,优化拟合精度与计算规模,并对曲线拟合算法误差、参数稳定性、模型定阶详细讨论,实现频响函数曲线拟合的精细化。利用已有文献数据进行考核,并与商业算法比较。

随机子空间方法在桥塔模态参数识别中的应用

基于环境振动的结构模态参数识别方法正逐渐成为国内外研究的一大热点。环境振动方法就是仅仅利用结构测试的输出信号进行结构的模态参数识别,随机子空间方法就是其中的一种。随机子空间法是近年来发展起来的一种线性系统辩识方法,可以有效地从环境激励的结构响应中获取模态参数。它属于时域的方法,该方法不需要进行FFT变换,它不仅可以识别结构的频率,而且可以识别结构的阻尼和振型。文章首先介绍了随机子空间的理论,然后用该方法对正在施工中的南京长江三桥的南塔进行模态参数识别,通过与其他方法的识别结果进行比较,证明随机子空间方法不失为一种有效的模态参数识别方法。

模糊聚类法在试验模态参数识别分析中的应用

为了搜索系统的真实极点,将模糊聚类理论引入试验模态参数分析。根据极点之间内在的亲疏关系,将其合理地聚为若干类,搜索每一类的最佳极点,即系统的真实极点,在稳态图中自动完成真实极点的选择。该方法能够避免人为因素造成的识别误差,提高识别结果的可信度。在正交多项式曲线拟合和多参考点最小二乘复频域识别系统中引入该方法,实现了稳态图中极点的自动选择,提供了真实极点选择的一种新思路。通过仿真和实验证明了模糊聚类法对极点选择的可行性和稳定性。

某型轿车白车身试验模态分析及动态特性评价

介绍了模态参数识别的新技术Polymax方法,建立了某轿车白车身模态试验系统,详细说明了测试系统组成、试验方案确定原则和测试系统的数据采集及验证方法。利用LMS test.lab中的Polymax方法对采集的数据进行了模态参数识别,依据频响函数综合和模态确认准则验证了白车身试验模态特性,进行了白车身的动态特性评价并提出了改进意见。试验结果表明,测试系统满足精度要求,参数辨识结果有效可靠,可为白车身结构设计的修改提供依据。

复模态参数的整体分段识别法

介绍一种适用于大型或复杂机械结构的复模态参数识别法——Ｚ－Ｆ法。本方法不仅可以避免曲线拟合中的畸变，而且对密集模态仍能保持较高的识别精度，已成功地应用于Ｓ７５１２螺纹磨床的结构动力分析。

基于改进自适应遗传算法的固定结合面动态特性参数优化识别

针对固定结合面传统建模方法精度较低和结合面的动态特性参数难以确定的问题,改进了基于弹簧阻尼单元的建模方法,提出了基于实验模态分析和改进自适应遗传算法的固定结合面动态特性参数的优化识别方法。该方法以有限元计算的理论固有频率和阻尼比与其对应实验模态分析结果的相对误差最小为目标函数,使用改进的自适应遗传算法优化识别固定结合面的刚度和阻尼参数。以自行设计制作的固定结合面模型为研究对象进行了建模、实验、参数识别等分析,分析结果表明:所提出的方法是正确的、有效的,参数识别误差在5%以内,达到了较高的识别精度。

环境激励下基础隔震结构的主要动力特性研究

通过对两栋基础隔震建筑在环境激励下的振动测试,运用随机子空间识别法和有理分式多项式法分别识别了结构的模态频率、振型和模态阻尼比。识别结果表明在环境激励下,基础隔震结构的基本频率远大于设计计算多遇地震工况下的基本频率;等效黏滞阻尼比很小,与未隔震结构的阻尼比相当,可以将基础隔震结构视为经典的比例阻尼系统。进一步以其中一栋为研究对象,以识别的模态参数作为修正基准,采用多目标优化的方法反演了环境激励下隔震层的实际水平等效刚度,结果表明其值为多遇地震下计算刚度取值的10.9倍。最后,基于反演的实际隔震层的水平等效刚度对结构的初始有限元模型进行了修正,并对修正后的模型进行了数值分析,分析结果与实际测试结果的对比表明修正后的模型可以更好地反映基础隔震结构在环境激励下的动力特性。

整体正交多项式法识别模态参数的改进

Richardson正交多项式法识别动力学参数已得到广泛应用 ,但其识别结果不是最小方差估计 ,且算法运算量大。研究提出了通过引入误差权函数来降低估计方差 ,对分子和分母采用相同的正交多项式基函数来降低算法复杂性和运算量的一种新算法。无噪声算例的估计结果验证了该算法的可行性 ;有噪声算例的识别结果表明 ,引入误差权函数可显著提高识别精度 ;权函数可通过迭代确定 ,采用原点导纳的虚部可降低迭代次数 。

基于LSCE算法和FDD算法的振动筛动态特性研究

论述了工作模态分析的频域分解方法 (FDD) ,采用 DP4 4 0数据采集分析仪 ,按一点随机激励、多点加速度响应对振动筛进行了振动测试。使用 FDD算法与最小二乘复指数法 (L SCE)分别对振动筛进行了模态分析 ,并对两种分析结果进行了比较研究。在 0 - 78Hz频带内 ,两种方法所提取的 9阶模态参数相当接近。分析结果表明 ,FDD算法是有效的 ,可以用于大型机械结构的工作模态分析。所获得的振动筛结构的动态特性准确、可靠 ,可以作为动力学修改和灵敏度分析的依据。

STD时域模态参数识别法的用户参数研究

ＳＴＤ时域模态参数识别法是识别系统动态特性的主要方法之一，该方法识别精度高，节省计算机内存及机时，在系统的动态特性测试中有着广泛的应用。在应用该方法时，如何选取其中的用户参数，对识别结果有重大影响。本文结合作者的实测经验，对各个用户参数对识别结果的影响进行讨论，在此基础上，提出了如何选择各个用户参数的建议。

一种利用振动台试验测定土石料动剪模量的方法

介绍了一种利用振动台模型试验测定土石料动剪切模量的近似方法,首先根据振动台模型坝体白噪声微振试验的模态参数识别结果,可获得坝体动力特性参数,进而利用剪切梁公式可确定模型土石料的动剪切模量和模量系数,以双江口振动台模型试验为例验证了该方法的有效性。

用频响函数总体逐阶模态拟合法识别结构模态参数

提出一种从实测频响数据中识别总体模态参数的方法。该方法兼顾了非线性优化法直接求极点和留数的优点以及Levy法使求解问题线性化的优点。总体拟合的结果保证了固有频率,阻尼比在总体最小二乘意义下的一致性。此方法已成功地在机床实验模态分析中得到应用,并编制了通用软件。

基于分段积分迭代法对应变力传感器的动态建模

针对系统辨识法难以获得具有复杂模态特征的应变式力传感器的准确动态模型的问题,提出采用分段积分迭代法建立传感器的动态模型。将传感器动态建模问题转换为模态参数辨识问题,采用分段积分的方法计算模态参数,采用迭代的方式针对性地辨识出传感器复杂模态中的各阶模态参数,据此计算动态模型。实际传感器的建模结果表明:分段积分迭代法相较于系统辨识法更适用于具有复杂模态特征的传感器的动态建模,能够针对性地辨识出能量微小模态和密集模态,从而获得能准确反映传感器丰富模态特征的动态模型,可为其动态特性分析和校正提供更加准确的依据。

大跨度钢网架-玻璃组合楼板动力特性研究

对某大跨度钢网架-玻璃组合楼板进行环境振动测试识别得到楼板的竖向振动动力特性,并与有限元模型仿真结果进行对比分析,旨在提出面向振动舒适度评估的该类楼板有限元精细化建模方法。研究表明:遗址保护参观建筑用大跨度钢网架-玻璃组合楼板特有的开洞、悬臂、悬挂结构形式,使得遗址洞口参观区域成为最不利振动位置,且上下层楼板存在典型的耦合振动。面向动力特性分析与振动舒适度评估的大跨度钢网架-玻璃组合楼板精细化有限元模型(弱振状态),有必要区别于承载力极限模型(强振状态)的活荷载取值,并模拟结构层楼板及装饰面层对楼板体系的实际刚度贡献,模态阻尼比可取2.78%~2.98%,同时适当考虑人-板相互作用对楼板动力特性与响应的影响。

CY-K510型数控机床试验模态分析

通过对某厂的数控机床进行CAE理论分析和试验模态分析,识别其各阶模态参数和模态模型,寻找出了机床-砂轮-工件系统的某些固有频率,使该类机床工作时避开其固有频率,从而指导该类机床的优化设计,提高其刚度和精度。