水工结构模态参数识别的数值模拟.pdfVIP

中国水利水电科学研究院 第12届青年学术交流会论文 文章编号： [已发表]非线性结构模态参数识别的精度分析 李丽雯，王海波 （中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心，北京 100048） 摘要：结构模态参数识别是对结构施加激励，采集结构上关键点的响应，通过求解激励和响应间传递函数以提取 出结构本身固有频率、阻尼比、振型等模态参数。目前，模态参数识别方法均基于线性系统建立。当考虑结构非 线性特性时，难以确定使用模态识别理论求解的结果具有多大的可信度。本文首先研究线性悬臂梁结构，以有限 元分析为基准，使用单模态和多模态识别方法进行参数识别，通过与有限元结果对比发现，模态参数识别方法对 线性结构具有较高的精度；之后以考虑结构非线性，结果发现，模态参数识别方法分析非线性结构精度较差，但 随着激励的增大，识别结果逐渐接近弱化线性结构近似特征值分析结果，但均不大于对应线性结构特征值分析理 论值。 关键词：参数识别；非线性；精度；分量分析法；Levy法 中图分类号：TN911.7；TV312 文献标识码：A 1 研究背景 [1] 模态参数识别方法通常可分为时域法和频域法，频域法又可分为单模态识别法和多模态识别法 。 模态参数识别方法均基于线性系统建立，对线性系统具有良好的精度。然而，在结构振动台模型试验 及结构损伤判定等领域，结构可能存在裂缝，具有非线性特性。例如，在振动台模型实验中，激励过 程中结构内部可能已出现微裂缝等损伤，进入非线性状态，此时使用模态识别方法识别出的模态参数 未必是结构的真实值。在损伤判定中同样存在这个问题，使得判定结果不够准确，从而留下安全隐患。 研究分析模态参数识别方法对非线性结构的适应性及如何改进识别方法以更好的适用于非线性结构具 有重要意义。 本文首先使用有限元软件ABAQUS分析线弹性和非线性悬臂梁结构的模态参数，以数值计算中的激 励和结构响应为信号，采用频响函数估计表达式求解频响函数，结合频谱连续细化分析对频响函数进 行了区间细化，分别采用分量分析法和Levy法识别结构模态参数，通过与有限元计算结果比较，分析 两种方法识别线性和非线性悬臂梁结构所得模态参数结果的精度。 2模态参数频域识别理论方法2.1 频响函数估计表达 频响函数研究的是结构激励力与其产生的 响应之间的关系： ，是接下来进一步求解结构各模态参数的前提。对一个系统，设其单位脉冲响应函 数为h(t)，对其施加激励f(t)产生响应x(t)，则根据参考文献[2]有关系式：  x(t) h(t)f(tt)dt  1 1 1 （1） f(t)和x(t)间互相关函数为： 收稿日期：2014-09-24 论文已发表于《水利学报》（2014增刊2），尚未印刷出版，卷号页号待定 基金项目：项目名称（项目号）；项目名称（项目号） 作者简介：李丽雯（1989-），女，安徽六安人，硕士生，主要从事水工结构抗震研究。E_mail:ahlallw0911@163.com     R ()E f(t)x(t) E f(t) h(t)f(tt )dt  h(t)E f(t)f(tt )dt    fx   1 1 1  1 1 1 （） 2