关于随机减量技术的模态参数识别方法探讨.pdfVIP

第29卷第8期 机械设计 V01．29No．8 20 I 2年8月 JOURNALOFMACHINEDESIGN Aug． 2012 基于随机减量技术的模态参数识别方法探讨’ 聂雪媛，丁桦 (中国科学院力学研究所水动力学与海洋工程重点实验室，北京100190) 摘要：大型基础工程结构的特征参数识别通常是通过对环境栽荷激励的结构响应进行分析来实现，随机减量(Ran- dom Decrement，RD)技术是环境激励下的模态参数识别方法中应用较广的方法。在实际应用中受环境、测量等条件的 限制，信号常为含有某些优势频率的非平稳信号，常常导致随机减量技术在ie,k,S结构参数尤其是系统阻尼时带来较大误 差。为提高随机减量技术在环境激励作用下识别结构参数的准确性，文中从分析随机减量信号频谱中的频率分布特性 入手，结合随机减量函数产生的触发条件，给出了一种利用信号频谱的统计特征进行模态参数识别的方法。数值仿真结 果表明该函数能准确ie,k4在含有优势频率环境栽荷作周下的结构参数。 关键词：环境激励；随机减量技术；特征参数识别；大型工程结构 中图分类号：THll3．1 文献标识码：A 文章编号：1001—2354(2012)08—0001—05 利用结构的动态响应识别结构的损伤是近年发展 衰减信号非常成熟的技术，并且在振动模态分析旧1损 起来的结构损伤诊断新方法，该方法是建立在结构动 伤检测等¨叫方面得到广泛的应用。随机减量技术的 态参数识别基础上的，并与配套的监测方案密切相 核心是通过随机减量函数给出具有系统自由振动特征 关¨以J。模态参数是决定结构动力特性的主要参数， 的系统近似齐次解。但当随机外激励的均值不为零 传统的模态参数识别通常是基于实验室条件下，通过 时，传统的随机减量函数在某些情况下将不再具备这 人工激励获得结构的响应，同时测得激励信号(单点 一特征。而在实际应用中，很多时候受环境、测量等条 或多点)和响应信号求得频率响应函数(或它的Fourier件的限制，信号中夹杂着很多非线性噪声，且这些噪声 逆变换——单位脉冲响应函数)来获得模态参数。该 不一定满足均值为零的条件。这就使得传统随机减量 方法已经在各类结构的动态分析中得到广泛应用。但 技术的应用受到一定限制，同时给识别精度带来影响。 是，对于大型基础工程结构，人工激励的施加是困难 一般地说，从随机减量函数的Fourier谱可以得到 的旧1，因此通常解决的办法是采用环境激励。环境激 较精确的系统特征频率，它受环境载荷非乎稳性等因 励下的模态参数识别认为系统所处的环境(如自然 素的影响不是太大。但是当通过随机减量函数的衰减 风、地震或地脉动、交通等)能够提供充分的激励。目 进行系统阻尼的识别时，环境载荷的非平稳性等因素 前常用的环境激励下的模态参数识别方法很多H。]， 将会给结果带来很大的误差。文中将针对随机减量法 如：频域分解法、时间序列法、随机减量法、NExT法、随 中结构阻尼的识别进行重点探讨，探索一种利用统计 机子空间法等。通常情况下这些方法对结构固有频率 特征进行系统参数识别的方法，为解决环境激励下的 的估计具有较高的精度，而对于结构阻尼的估计则偏 模态参数识别提供一条新途径。 差较大。 随机减量技术是环境激励下的模态参数识别方法 1 随机减量技术介绍 中应用较广的方法，它是由Cole【6‘7。首先提出的。随 机减量技术的基本思想¨o是在线性系统的叠加原理基 随机减量技术的核心是利用在随机激励下系统的 础上，利用测量的响应信号构造出表征结构自由振动 响应信号构造一个系统的自由振荡信号，即系统的一 的响应信号，即表征结构特性的一个自由衰减信号。 个齐次解。在随机激励满足零均值的Gauss分布情况 由于随机减量技术实现简单，同时在实际工况下可以