[發明專利]一種工程結構虛假模態準確判別方法

有效

• 申請號: 201611268189.8
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106777763B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 曲春緒;伊廷華;李宏男;馬樹偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;大連萊立佰信息技術有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于工程結構監測數據分析技術領域，主要涉及虛假模態準確判別方法。具體提供了一種基于不同數據選擇特征系統實現算法的結構虛假模態判別方法。本發明通過初步判斷的截斷階數n_t，并根據截斷階數n_t，改變數據選擇，從而繪出數據移動穩定圖，從數據移動穩定圖中準確判別結構虛假模態。該發明通過改變數據的選取來觀察環境對頻率的影響，這樣可直觀反映其對真實模態的影響，進而準確判別虛假模態。

技術領域

本發明屬于工程結構監測數據分析技術領域，涉及工程結構虛假模態判別方法。

背景技術

工程結構如橋梁等在長期服役期間，會受到各種荷載的作用，如車輛荷載、風荷載、雨雪荷載、溫度變化等，為了評價結構的服役狀況，，準確識別結構的模態參數就顯得十分必要。對于工程結構模態參數識別方法已有大量的學者進行了研究，如隨機子空間方法、頻率拾取法、隨機減量法、特征系統實現算法。特征系統實現算法是最流行的模態參數識別方法之一，該方法僅需測得數據便可以分析出模態。然而，測得的數據與理論數據(真實數據)不相符，導致特征系統實現算法識別分析出的結構模態參數包含虛假模態。

虛假模態的識別與判別已引起了眾多學者的關注，也提出了許多判別方法，主要包括增加輸入數量來降低虛假模態成分，通過奇異熵或數值大小對奇異值進行截斷來判別真實模態數量等。Magalhaes等人在文章“Online automatic identification of themodal parameters of a long span arch bridge”中通過穩定圖的方法在不同頻率處判斷穩定點，進而分離虛假模態。Bazan等人在文章“Eigensystem realization algorithm(ERA):reformulation and system pole perturbation analysis”中通過增加輸入數量來減少干擾對真實模態的影響。然而，這些方法忽視了一個重要的問題，即環境干擾必然會影響甚至會淹沒真實模態，現有的方法僅能減小環境干擾的影響，尚難以對虛假模態進行準確判別。虛假模態會引起工程損傷及性能評估不準確，造成虛警現象的發生。因此，如何準確判別虛假模態對于確保工程結構的服役安全十分重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種工程結構虛假模態準確識別方法，解決環境干擾導致虛假模態難以分辨的問題。

本發明的技術方案是：推導一種虛假模態判別方法，其特點是依據實測脈沖響應數據，利用不同的帶有一個時間錯動的兩組時程數據來組成Hankel矩陣，然后進行奇異值分解和特征系統實現算法，進而求得結構的頻率、阻尼、和模態。通過穩定圖方法對結構自身的模態數量進行初步判斷，記此初步判斷的模態數為n_t；再通過移動時程數據，選擇兩外兩組不同的時程數據組成新的Hankel矩陣，根據特征系統實現算法求得此時識別的頻率、阻尼、和模態；依此類推，最終得到的不同頻率點及其對應的數據選擇序號，并分別作為橫縱坐標，繪出數據移動穩定圖。該方法可以根據圖中隨著時程數據逐步向后錯動來判別頻率的變化，若頻率隨著時程數據的錯動產生了變化，即說明此模態受到了環境干擾，存在虛假模態。

本發明的技術方案：

一種工程結構虛假模態準確判別方法，步驟如下：

步驟一：初步判斷截斷階數n_t

(1)通過兩組具有一個時間錯動的實測脈沖數據，組成Hankel矩陣H(k-1)和H(k)，如下形式：

式中：向量y為實測信號，k+i表示第k+i時刻，k到I+J+k-2為選擇的實測時程數據點個數；

(2)令k＝1，對Hankel矩陣H_IJ(k-1)進行奇異值分解：

H(k-1)＝UΓ²V^T