[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

本發明公開了一種基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，包括：提取風致振動的非平穩響應并做頻譜分析，識別非平穩振動功率譜中能量最大的頻率結果并采用其正負一定范圍的帶通濾波器對非平穩振動數據進行濾波，計算濾波后非平穩振動響應數據的上包絡線，搜索上包絡線的多個局部最大值并以最后一個局部最大值開始一定長度的上包絡線確定最后一個下降段位置，計算濾波后非平穩振動最后一個下降段數據共軛頻譜互譜密度的傅里葉逆變換，以此構造脈沖響應函數，采用欠阻尼單自由度系統指數衰減函數擬合歸一化后的構造脈沖響應函數，擬合參數中的阻尼比擬合值即為識別結果。本發明方法實現標準化程度高、自動化潛力大的結構阻尼比在線智能識別。

技術領域

本發明涉及一種基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，屬于結構智能監測、檢測與評價領域。

背景技術

阻尼是工程結構抵抗振動的重要屬性，而阻尼比是振動工程中描述結構阻尼屬性的重要參數，阻尼比的識別是業界廣泛關注的問題。然而，由于測試條件苛刻、識別結果變異性強、識別的自動化程度低，結構阻尼比的精準快速識別一直以來都沒有很好地實現。隨著測試、傳輸與計算機技術的發展，結構全壽命期的風致振動響應可以被實時的測量并處理。結構在服役風環境下的非平穩振動成為了識別阻尼比的天然數據來源，有效利用實時測量得到的風致振動非平穩響應進行結構的阻尼比識別，既使得測試數據能夠被有效利用、又能幫助工程人員實時把握結構當前的動力性能，為結構的性能評價、振動控制和加固改造提供有效參考。

目前，結構工程領域內關于基于風致振動響應的結構阻尼比識別方法較少，而基于在線風致振動非平穩響應數據的結構阻尼比自動化識別方法更是鮮有所聞。常用的結構阻尼比識別方法有以下幾種：(1)采用激振法，用力錘(對于小型結構)或重型車輛(對于大型結構)對結構進行脈沖激勵，基于激勵數據和激勵后結構的響應數據進行頻率響應函數的估算，并識別阻尼比，該方法需要清除周圍環境對結構振動的影響，且需要同時測量激勵數據和響應數據，應用條件苛刻；(2)采用自然激勵法，基于環境風或車輛等結構服役荷載自然激勵下的響應數據，構造估算脈沖響應函數，并識別阻尼比，該方法雖然免除了激勵荷載的測量步驟，但是自然激勵的變異強，且自然激勵響應中振動幅值上升段中有持續的外部能量輸入，導致識別的阻尼比不準確且存在較大的變異性，需要一套相對穩定的自動識別方法。綜上所述，現有技術在理論上雖然能較有效的識別結構阻尼比，但是在實際操作中條件苛刻、準確度低、變異性強、自動化潛力不足。

因此，有必要研發一種方便、穩定、標準化程度高、自動化潛力大的結構阻尼比識別方法，以實現結構全壽命過程中的阻尼比在線智能識別。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，可以實現結構全壽命過程中的阻尼比自動化在線識別。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于風致振動非平穩響應的結構阻尼比識別方法，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；