[發明專利]一種基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法

在審

• 申請號: 202210393347.1
• 申請日: 2022-04-14
• 公開（公告）號: CN114838924A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 趙瀚瑋;丁幼亮;張小楠;李愛群
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01H17/00;G06F17/14;G06F17/15;G06F17/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

1.一種基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，從加裝于結構上的傳感器中提取各風致振動的非平穩響應，對提取的非平穩振動響應數據進行頻域功率譜分析，得到非平穩振動功率譜，識別非平穩振動功率譜中能量最大的頻率結果，采用能量最大頻率正負一定范圍的帶通濾波器對非平穩振動響應數據進行濾波；

步驟2，采用既定長度段區域最大值三次樣條插值的方法計算濾波后非平穩振動響應數據的上包絡線，搜索上包絡線的固定份數等分段的最大值大于整個上包絡線最大值固定比例的多個局部最大值，以最后一個局部最大值開始到一定長度后的終點的上包絡線數據作為上包絡線的最后一個下降段；

步驟3，根據上包絡線的最后一個下降段位置確定相應位置濾波后非平穩振動的最后一個下降段數據，計算濾波后非平穩振動最后一個下降段數據的快速傅里葉變換結果并求其共軛復數，以兩者乘積的快速傅里葉逆變換結果的前一半數據中的固定長度數據構造脈沖響應函數，并對構造的脈沖響應函數歸一化；

步驟4，采用欠阻尼單自由度系統的指數衰減函數擬合歸一化后的脈沖響應函數，擬合參數中的阻尼比擬合值即為風致振動非平穩響應的阻尼比識別結果。

2.根據權利要求1所述的基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，其特征在于，所述步驟1的方法具體如下：

步驟1.1，從加裝于結構上的加速度、速度或動位移傳感器的時序監測數據中提取各風致振動的非平穩響應；

步驟1.2，對提取的非平穩振動響應數據進行頻域功率譜分析，得到非平穩振動功率譜，采用峰值法識別非平穩振動功率譜中能量最大的頻率結果Fr；

步驟1.3，采用能量最大頻率正負一定范圍的帶通濾波器對非平穩振動響應數據進行濾波，所述一定范圍取結構各階固有頻率間最小差值的0.45至0.5倍中的任意值。

3.根據權利要求1所述的基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，其特征在于，所述步驟2的方法具體如下：

步驟2.1，設定傳感器采樣頻率的整數倍為既定長度段，計算濾波后非平穩振動響應數據在每個既定長度段的最大值，采用三次樣條插值方法基于各既定長度段的最大值對最大值位置外的其余采樣點坐標位置進行插值計算，并以所得插值曲線作為濾波后非平穩振動響應數據的上包絡線；

步驟2.2，將上包絡線等分為固定份數，搜索上包絡線各等分段的最大值中大于整個上包絡線最大值固定比例的多個局部最大值，以從最后一個局部最大值開始到一定長度后的終點的上包絡線數據作為上包絡線最后一個下降段。

4.根據權利要求3所述的基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，其特征在于，所述整數倍為1倍，固定份數為20份，固定比例為9/10，從最后一個局部最大值開始到一定長度后的終點具體為從最后一個局部最大值到上包絡線最后一個點長度的8/10求整。

5.根據權利要求1所述的基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，其特征在于，所述步驟3的方法具體如下：

步驟3.1，根據上包絡線的最后一個下降段位置確定相應位置濾波后非平穩振動的最后一個下降段數據；

步驟3.2，計算濾波后非平穩振動最后一個下降段數據的快速傅里葉變換結果并求其共軛復數，并求兩者乘積的快速傅里葉逆變換結果，從快速傅里葉逆變換結果的前一半數據中截取固定長度的數據構造脈沖響應函數，對構造的脈沖響應函數采用全部截取數據除以其中最大值的方式進行歸一化。

6.根據權利要求5所述的基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，其特征在于，所述固定長度為1/Fr乘以傳感器采樣頻率所得結果的固定倍數，Fr為非平穩振動功率譜中能量最大的頻率結果。

7.根據權利要求1所述的基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，其特征在于，步驟4所述采用欠阻尼單自由度系統的指數衰減函數擬合歸一化后的脈沖響應函數，計算公式如下：

式中，y(t)為采用欠阻尼單自由度系統指數衰減函數擬合脈沖響應函數時的擬合曲線，A＝1，ζ為結構阻尼比，f_n為振動的頻率，取f_n＝Fr，t為振動的時間自變量，為振動的初相位。