[發明專利]一種針對比例阻尼結構的復模態辨識方法

有效

• 申請號: 201911017829.1
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110749655B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 曲春緒;伊廷華;李宏男
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N29/46
• 分類號: G01N29/46
• 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，涉及帶有比例阻尼結構模態識別方法中的復模態辨識方法。首先通過短時傅里葉變換及單源點檢測獲取構成實振型的單源點集合，再通過層次距離方法求解實振型；通過自然激勵技術和希爾伯特變換獲取脈沖響應及其希爾伯特變換，建立模態響應與響應的關系，求解復模態信息。該發明通過明確地表達式給出了帶有比例阻尼結構隱藏的復模態的求解步驟，從本質上揭示了結構振動規律。

技術領域

本發明屬于工程結構監測數據分析技術領域，涉及帶有比例阻尼結構模態識別方法中的復模態辨識方法。

背景技術

結構健康監測是保障結構安全的重要手段，而模態參數反應結構動力特性，可用于結構性能的評估，因此，利用結構監測數據來識別結構模態參數至關重要。

結構的模態參數包括頻率、振型、阻尼比，實際工程結構多被假定為帶有比例阻尼，現有的模態參數識別方法對這種結構進行模態識別，得到的模態參數常常為實模態參數，而真實的情況是該模態是復模態，相互共軛的虛數部分相互抵消從而展現出了實模態的假象，識別出隱含的復模態信息，是揭示結構動力特性本質的關鍵所在。

工程中常用模態參數識別方法有多種，Juang和Pappa于1985年提出特征系統實現算法利用脈沖響應信號進行模態參數識別；Overschee和Moor于2012年提出了隨機子空間方法來利用白噪聲激勵響應識別模態參數；Qu等于2019年提出利用傳遞函數的概念在頻域上減小環境噪聲，并轉換傳遞函數為脈沖響應函數進行模態識別；Yao等于2018年提出利用盲源分離的框架來對模態參數進行識別；Antunes等于2018年提出通過解析信號，采用盲源分離方法識別復模態；Bajri′c和于2018年給出了由非經典阻尼結構的復特征向量和特征值構成的阻尼矩陣表達式。然而，工程結構長期處于穩定狀態，體現出比例阻尼結構的特性，通過上述方法難以獲取結構真實的復模態信息，從而難以準確把握結構的動力特性。因此，如何針對比例阻尼結構進行復模態辨識，是十分必要的。

發明內容

本發明旨在提供一種針對比例阻尼結構的復模態辨識方法，解決帶有比例阻尼結構模態識別過程中的隱藏復模態識別的問題。

本發明的技術方案：推導一種針對比例阻尼結構的復模態辨識方法，首先對環境激勵下的結構響應信號，進行短時傅里葉變換，通過單源點檢測和成熟的層次聚類方法，獲得實振型。通過成熟的自然激勵技術，將環境激勵響應信號轉化為脈沖響應信號，并將此信號進行希爾伯特變換，建立模態響應與脈沖響應和其希爾伯特變換的函數關系，求解出實振型和復振型間的關系系數，將該系數帶入的模態響應中，通過兩個相鄰時刻的模態響應的比值來求出復頻率，通過復頻率求出阻尼比，從而識別除了復振型、復頻率和阻尼比三個模態參數。

一種針對比例阻尼結構的復模態辨識方法，步驟如下：

步驟一：實振型矩陣識別

(1)獲取結構在k時刻的加速度響應y(k)＝[y₁(k),y₂(k),…,y_l(k)]^T；采用短時傅里葉變換將時域加速度響應變換到時頻域，其表達式變為Y(K,ω)＝[Y₁(K,ω),Y₂(K,ω),…,Y_l(K,ω)]，其中，l為傳感器的個數，K表示第K個時段，ω表示圓頻率；

(2)單源點反映單階模態信息，單源點檢測的依據為時頻系數的實部和虛部具有相同的方向，采用以下公式來檢測單元點：其中，Re{·}和Im{·}分別表示所提取數據的實部和虛部，Δβ表示單源點檢測的閾值，可設置為Δβ＝2°；

檢測出的單源點位置標記為(t_K,ω_K,i)，其值為：