EXPERIMENTAL MODELING OF MIDDLE-RISE BUILDING VIA AMBIENT MODAL IDENTIFICATION

Experimental modeling of a middle-rise office building via ambient modal identification is presented. A 200-DOF (Dimension of freedom) test model is designed to correlate with finite element mode. A newly developed frequency-spatial domain decomposition ( FSDD ) technique is used to identify modal characteristics of the full-size building by using ambient response measurements. In the interested frequency ranges of 0～4.5 Hz and 0～ 6.5 Hz altogether 9 bending and torsion modes are identified. As one of the major focuses of the project, the accurate damping estimation is conducted based on FSDD. The identified modal frequencies and mode shapes are utilized for finite element model tuning. Excellent agreement has been achieved with respect to the final tuned finite element (FE) model up to 9 modes.

高速铁路PC斜交箱梁桥振动特性模型试验研究

简述了斜交桥在我国的应用和发展概况,通过对我国京沪高速铁路设计中的一座3跨预应力混凝土斜交箱形连续梁桥缩尺模型的试验研究,得出斜交箱梁的固有频率、振型及模态阻尼比等结构动力特性,比较了正交、斜交箱梁的固有频率、振型的差异,结合空间结构分析结果,探讨了这种桥型的结构特性。

风电机组塔筒模态的环境脉动实测与数值模拟研究

基于随机振动及系统识别理论,对内蒙古京能乌兰伊利更风电场中三座风电机组塔筒进行了环境脉动实测,提出了"桨叶—轮毂—机舱—塔筒"耦合的整体建模的方法,数值模拟与实测结果表明,风电机组塔筒可以有效地避免共振,满足GL规范的设计要求;塔筒主要振动形式为侧向弯曲振动、前后弯曲振动和扭转振动;塔筒一阶平动阻尼比为1.78%左右,一阶扭转阻尼比为0.6%左右。采用整体建模方法建立的模型与实测结果有较好的一致性,可以指导风力发电塔系统的风致动力响应分析和振动控制分析。

斜拉索-调谐质量阻尼器系统复模态分析

针对斜拉索减振常用黏滞阻尼器的一些不利因素如安装位置、刚度、耦合运动等,提出斜拉索-调谐质量阻尼器(TMD)系统的减振模型,运用复模态方法分析得到以超越方程形式表达的系统自由振动阻尼特性的解析形式,采用数值方法求得系统最优模态阻尼比和阻尼器最优设计参数的近似解析解.结果表明:斜拉索振动的TMD减振策略能有效克服常用的理想阻尼器安装位置在拉索端部的局限,新的TMD设计参数优化方法同时考虑了TMD系统刚度、质量、阻尼等参数对减振系统模态阻尼比的影响,是适合工程应用的斜拉索减振模型.

SCLD板模态控制模型及振动控制

为有效抑制薄板在外界激励下的低频振动,对机敏约束层阻尼(SCLD)结构进行了主动振动控制研究.首先,考虑了黏弹性材料随温度与频率变化的阻尼特性,结合GHM阻尼模型建立了耦合系统有限元动力学分析模型;其次,考虑到结构动力学模型自由度庞大,采用物理坐标下自由度动力缩聚和状态方程下复模态截断进行了两次降阶,并通过复模态空间向实模态空间转换,得到了低维实模态控制模型;最后,通过模态实验验证了理论模型,并基于低阶控制模型设计了振动控制器,证明了研究方法的正确性.研究结果表明,采用本文的组合降阶方法可以有效地对SCLD结构进行降阶,对模态控制模型主动控制取得了良好控制效果:在单位阶跃激励下,振动响应衰减时间从0.20 s缩短为0.08 s;在随机白噪声激励作用下,振动响应均方根值降低了39.65%.

高速列车铝型材声振特性测试及等效建模

通过试验测试和仿真分析系统地研究高速列车地板铝型材的声振特性.使用混响室-混响室方法在声学实验室测试铝型材的频率隔声量;使用半功率带宽法、行波法测试铝型材的阻尼损耗因子;使用模态计数法获得铝型材的模态密度;使用声强扫描法测试铝型材的辐射声功率.基于混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)方法建立地板铝型材的声振特性仿真预测模型,并与试验结果进行对比分析.基于统计能量分析(SEA)原理,提出在中高频范围使用单层板对铝型材的声振特性预测进行等效建模的方法.仿真结果表明,通过将地板铝型材的SEA参数赋值于单层板子系统,可以有效模拟其在中高频的声振特性.相关研究成果可为高速列车铝型材的声学性能优化以及复杂结构的声学等效建模方法的探索提供参考.

基于复模态模型修正方法的磁悬浮轴承支承参数识别

针对较大阻尼的磁轴承-转子系统,采用复模态模型修正技术,识别其支承刚度和阻尼参数。结合通用有限元软件NASTRAN与工程软件MATLAB,以实际磁轴承-转子系统为例,应用复模态实验数据识别得到了转子悬浮静止时磁轴承的刚度和阻尼参数,使得修正后有限元计算与实验数据之间的频率相对误差在10%以内,阻尼比相对误差也得到改善。研究表明,所提出的基于复模态的模型修正方法对具有较大阻尼的磁轴承支承刚度和阻尼参数识别是非常有效的。

结构动力有限元的模态阻尼比单元阻尼建模法

针对工程结构动力学建模过程中几种已有的阻尼模型的不足,提出了一种基于模态阻尼比的单元阻尼建模法,以实现对具有分布式阻尼特性的复杂工程结构的精准动力建模,并提出了一种统一的阻尼模型的定量评价方法和评价指标。通过标准测试案例的数值测试,比较了这些阻尼建模法的性能差异。结果表明,阻尼特性单元化比总体考虑的阻尼特性更趋合理,而单元化阻尼比法则在控制结构总体模态阻尼比方面具有优势,适用于非经典和复杂阻尼情形。

轮胎动态模型的阻尼和对滚动阻力及动态响应影响的分析

在综合了一些文献研究结果的基础上,基于轮胎模态参数模型,给出了不同阻尼环节对滚动阻力及轮胎以不同速度滚越障碍物的动态响应的模拟结果,并部分地与试验结果进行对比,说明具有结构阻尼环节的轮胎模型,对于两者的模拟均给出了更好的定量结果。

考虑桥面运动的斜拉索减振模型

针对拉索减振模型未考虑桥面-斜拉索-阻尼器耦合振动的现状,提出适用于桥面运动的斜拉索减振分析理论模型,采用复模态分析方法对拉索-阻尼器系统的模态阻尼特性进行数值分析.结果表明,在桥面激励条件下,拉索-阻尼器系统的模态阻尼比与拉索的倾角有关,外部阻尼器相同时,斜拉索的倾角越小,系统的模态阻尼比越小.

基于复模态实验数据的粘性阻尼矩阵的修正

在实际工程中,由有限元模型得到的计算值与通过试验获得的测量值之间往往存在偏差,为了能够精确预测结构的动力响应,依据测量信息修正存在的动力模型是非常必要的。考虑用不完备复模态实验测量数据修正粘性阻尼矩阵的问题。在假定分析质量矩阵与刚度矩阵是精确的情况下,通过求解一个约束最优化问题,得到了满足特征方程的加权Frobenius范数意义下的最优对称修正矩阵。

桥梁结构模态参数的时频域识别

为在时频域内识别桥梁结构的模态参数,针对HHT（Hilbert-Huang Transform）方法识别桥梁结构模态参数中存在的端点效应、模态混叠以及频率识别与阻尼识别相互耦合现象,应用带通滤波和扩展随机减量法对HHT方法进行改进,建立了一种基于现代信号时频域分析的桥梁结构模态参数识别方法,然后基于MATLAB平台,编制了桥梁结构模态参数时频域识别程序,并以某吊拉组合桥梁全桥模型试验为例,利用实测数据对所提方法进行验证。结果表明,该方法能正确识别出模型桥梁的前11阶竖向自振频率、前6阶阻尼比以及前3阶模态振型;阻尼比的识别结果为0.2%-2%;识别结果与有限元模型修正后的计算结果相差不大。所提方法能正确、有效地在时频域内识别桥梁结构的频率、阻尼及模态等参数。

利用ARX模型识别土-结构体系的低阶模态频率和阻尼

利用美国Alaska一14层的办公大楼及周围场地上记录到的地震动,对此结构进行了低阶模态频率和阻尼的识别,和考虑土-结构动力相互作用后的土-结体系的低阶模态的频率和阻尼的识别。提供了一种ARX参数模型辨识方法,并与非参数模型辨识比较分析,发现两种模型得到的低阶模态频率和阻尼基本一致,但在高阶模态上会出现明显的差异。通过分析还发现考虑土-结相互作用后,体系的传递函数幅值有所降低。并编制了相应的Matlab计算程序。

阻尼矩阵与刚度矩阵的一种直接修正方法

提出了一种利用复模态测量数据同时修正有限元阻尼与刚度矩阵的有效方法。借助于矩阵的奇异值分解得到了满足动力方程的最小修正矩阵。该方法有一个简洁的表达式,修正过程简单而且容易实现,数值试验表明修改后的结构参数能准确地同试验值吻合。

以冲击响应谱为响应特征的有限元模型确认

冲击响应谱已经成为冲击问题分析的最有效工具。由于冲击问题的复杂性,如冲击信号一般频带较宽,而且冲击作用时其阻尼较模态实验有较大变化,冲击响应的相位存在很大的随机性等,因此如何得到精度可靠的冲击响应,从而求出其冲击谱;以及如何对计算仿真的冲击响应与实际测量的冲击响进行比较和确认,是冲击响应谱仿真计算的两个关键问题。针对上述问题,作者使用子结构模型修正的方法,根据冲击信号的频域特点,对整体复杂结构的各个子结构进行有限元建模和修正,然后用模态叠加法求解冲击信号的时域响应,进而使用改进的递推数字滤波法求得冲击响应谱;选择冲击谱的均方差和时域响应的主分量分解两种确认准则进行计算与实验比较和确认。通过某车架模型受横向冲击的计算和实验分析对研究方法进行了检验。

结构动力模型修正中的一类矩阵反问题

在实际工程中,由有限元模型得到的计算值与通过试验获得的测量值之间往往存在偏差,为了能够精确预测结构的动力响应,依据测量信息修正存在的动力模型是非常必要的．本文考虑用不完备复模态测量数据修正粘性阻尼矩阵的问题．在假定分析质量矩阵与分析刚度矩阵是精确的情况下,通过求解一个约束最优化问题,得到了满足特征方程的加权Frobenius范数意义下的最优对称非负定修正矩阵．

装有抗侧翻液压互联悬架校车的动态特性分析

基于牛顿第二定律和传递矩阵法,建立装有抗侧翻液压互联悬架校车全车模型的机液耦合系统动力学方程。完成该非线性系统特征值辨识及模态分析,并对比分析校车安装液压互联悬架前后的动态特性。分析了阻尼阀参数对校车主要模态动态特性关系的影响,结合整车模态匹配策略及阻尼特性需求,提出基于搜索法的阻尼阀参数设计方法,并通过校车动态特性分析验证了该方法的有效性。分析结果表明,抗侧翻液压互联悬架可显著提高车辆的抗侧翻性能,通过合理设计阻尼阀参数可极大改善该耦合系统的阻尼特性。

直齿圆柱齿轮有限元模态模型修正

在对直齿圆柱齿轮结构动力学特性进行准确可靠的分析时,有限元模态模型的准确性至关重要。将初始有限元模型计算的固有频率和试验模态测量的固有频率进行对比,以ANSYS优化设计模块为基础,将有限元模态模型修正问题转化为求解直齿轮固有频率计算值与试验值的相对误差绝对值和的最小值问题。计算结果表明,有限元模态模型修正后前6阶固有频率最大相对误差由2.99%降为1.24%,显著提高了直齿轮有限元模态模型的精度且为有限元模态模型提供了相应的阻尼特性,保证了进一步的动力学特性预测分析的准确性。

某菱形截面纪念碑风致气弹响应风洞试验研究

对某高100 m的菱形截面纪念碑进行刚性模型多点同步扫描测压与摆式气弹模型测振风洞试验,进而在测压数据基础上建立频域风荷载模型并采用随机振动分析方法计算结构风振响应,同时应用随机减量技术(RDT)识别了该气弹模型风致振动时的气动阻尼比。当在频响函数中考虑气动阻尼比后的风振响应计算结果和气弹模型试验值具有很好的一致性。由于实际结构振型与摆式模型线性振型存在差异,用振型修正系数修正气弹模型试验结果可得到实际结构风振响应。分析结果表明,刚性模型测压建立荷载模型,结合气弹模型测振识别气动阻尼,代入实际结构频域响应计算方法能够较精确地评估强风作用下低频小阻尼高耸结构的风致气弹响应。

基于模态测试数据的阻尼矩阵与陀螺矩阵的修正

提出了一种基于不完备复模态测量数据修正阻尼陀螺系统有限元模型的有效数值方法。在假定分析质量矩阵与刚度矩阵是精确的情况下,通过求解一个约束最优化问题,得到了满足特征方程的加权Frobenius范数意义下的最优修正矩阵。