变微分模态分解罚参量选择方法与时变系统识别

针对变微分模态分解（variational mode decomposition，VMD）罚参量会对分解结果产生影响的问题，提出一种基于数据驱动的VMD罚参量选择方法.该方法首先通过傅里叶变换的主频峰值确定罚参量；然后调整层数参量，获得有限个固有模式分量，通过对比不同层数参量时所得固有模式分量的固有频率与阻尼比变化，剔除伪分量；最后对真实固有模式分量进行希尔伯特变换，用于识别时变系统的瞬时频率. 为证明所提方法对时变系统识别的有效性和准确性，分别对具有时变刚度的结构系统和柴油发动机的时变做功过程进行研究，将所提方法结果与经验模态分解方法结果进行比较. 比较结果表明，当罚参数取值是信号最大幅值的1.5～16.0倍时VMD分解结果最优，所提方法可以更准确地识别瞬时频率，在工程应用中的能够更有效地对系统瞬时频率进行识别.      

时域模态参数识别在南京长江大桥安全监测中的应用

南京长江大桥是我国自行设计建造的首座特大铁路、公路两用钢桁梁桥,为保证桥梁的安全运营,需建立南京长江大桥安全监测与状态评估系统。固有频率、阻尼比、振型等是反映结构整体性能的模态参数,是系统固有的,可作为评价大桥整体性能的重要依据之一。对于大型结构（如桥梁）,频域识别法中的频响函数的获得是一件很困难的事情,用时域法进行模...     

AR模型功率谱改进的频域模态自动识别方法

针对频域分解法在模态自动识别上的不足,提出了一种基于AR模型功率谱改进的频域模态自动识别方法——AR-AFDD法。首先,通过AR模型功率谱估计确定所有可能是物理模态的频率点,并对相应功率谱矩阵进行奇异值分解,然后,利用时间振型相关性对所选取的峰值进行判别,实现物理模态与噪声模态的自动区分,最后,以自功率谱的最优拟合完成阻尼比估计;采用试验模型和实际桥梁对AR-AFDD法进行验证。研究表明：AR-AFDD法能够快速有效地实现结构模态参数的自动识别,识别结果能够区分物理模态与噪声模态,在实际结构的健康监测数据分析中具有良好的可靠性。     

一种改进模态参数识别方法在结构工程中的应用

提出了一种采用带有间断频率的经验模式分解(EMD)与自然激励法(NEXT)相结合的新的模态时域识别方法,并在理论上证明了该方法的正确性.数值模拟与工程实例识别结果表明,该方法能够准确识别出结构的模态频率和模态阻尼比.     

制动盘重根模态识别

为有效识别盘式制动器制动盘的重根模态,基于ANSYS有限元分析软件建立制动盘仿真模型,通过模态分析获取制动盘固有频率及模态振型,采用节圆-节径描述制动盘的9阶模态振型,识别重根模态。通过锤击测试法对制动盘进行试验模态分析,与有限元分析结果对比,各阶模态固有频率的最大误差未超过5%,验证了制动盘存在重根模态与有限元计算结果的可靠性,并分析两种结果存在误差的原因。重根模态的识别可为分析制动盘振动固有特性、降低制动器振动噪声及优化设计等提供依据。     

经验模态分解在桥梁检测中的应用

文章介绍了经验模态分解（EMD）的原理、特点及其应用,编制了EMD算法程序并验证了程序的正确性,最后采用EMD方法对某桥梁基于环境激励条件下的实际信号进行分解,结果表明,该方法能有效对信号进行分解,是一种无需预设带宽的自适应高通滤波方法,适用于结构模态参数识别。     

简谐激扰下模态参数对垂向平稳性指标的影响

用模态坐标变换法推导了用模态参数描述的车辆垂向平稳性指标计算表达式．以二系悬挂15自由度铁道车辆悬挂系统为例,研究了车辆系统模态参数（模态频率和模态振型）对车辆垂向平稳性指标的影响．研究表明,车体模态频率对车辆的平稳性指标的影响最为明显,不同阶的模态阻尼比对平稳性指标的影响存在较大差异,一阶阻尼比对平稳性指标的影响较二阶阻尼比影响大．     

某变速箱壳数值模态与试验模态的分析与研究

以变速箱壳为研究对象,利用有限元分析方法得到变速箱壳的固有频率和振型。运用锤击法对变速箱壳进行试验模态分析,得到模态参数,将试验模态与仿真计算的结果进行比较,验证了有限元分析结果的可靠性。在此基础上对结构进行修改,并进行有限元分析验证,改进后变速箱壳的各阶固有频率得到提高,增加了整体刚度。     

基于经验模态分解的轨道不平顺时频特征分析

高速铁路轨道不平顺测量值是由许多不同频率、不同幅值的单分量信号叠加而成的复杂随机过程.为分析轨道不平顺在空间域和频率域的分布特性,利用希尔伯特-黄变换方法提取轨道不平顺在时-频域的能量分布,为从幅值和波长两个方面综合评价轨道几何状态提供一种新的分析方法.首先,利用多元经验模态分解基于数据驱动的滤波特性,将轨道不平顺数据同时分解为不同尺度下的幅值-频率调制的多元本征模态函数;然后,通过希尔伯特变换计算各尺度下本征模态函数的瞬时频率,分析各层本征模态函数的频率和能量分布特征.通过对轨道检查车的实测轨道不平顺数据解算与分析表明:轨道不平顺的频率分布呈现出近似二进滤波特性,并且每个尺度下的频率带宽较窄;多元经验模态分解尺度图能确定轨道不平顺在各尺度下的能量分布及对应的波长特征;样本轨道不平顺数据中,轨距和水平不平顺的能量主要分布在中长波波段,轨向和高低的能量主要集中在空间波长4~36 m范围;扭曲的能量分布在波长为4.9 m和7.6 m的两个尺度内.      

基于多级神经网络的桥梁结构模态参数识别方法

桥梁结构模态参数识别方法在识别过程中难以获得完整阶次，构造的基准模型不完整，导致识别结果出现误差，因此，设计一种基于多级神经网络算法的桥梁结构模态参数识别方法.使用多级神经网络对识别算法进行优化，建立交配池，利用交叉和变异算子对交配池中的参量个体进行识别，建立新的群体，利用信号匹配识别结构模态参数，选择模态确信准则(MAC)以及相位共线性指标(MPC)作为模态区分的辨别指标并计算，最后优化整体模态参数识别流程.方法性能测试结果表明，设计的基于多级神经网络的桥梁结构模态参数识别方法在不同采集方式下得到的参数误差更小，可靠性更高.     

环境激励下钢筋混凝土拱桥模态参数识别

为正确选择模态参数识别方法,对某钢筋混凝土拱桥进行了环境振动试验,采用频域、时域和时频分析方法——峰值拾取法(PP)、随机子空间识别(SSI)以及基于经验模态分解(EMD)和随机减量技术(RDT)的方法——识别其模态参数;比较了3种模态参数识别方法的特点和识别结果,并与有限元法计算结果进行了比较.研究结果表明:峰值拾取法的识别速度快,识别的频率较可靠,但识别过程需要较多人工干预;随机子空间识别的理论体系完备,适合程序实现,识别过程能较好地抵消测试过程中噪声等的影响;由于模态混叠的影响,EMD-RDT识别结果具有一定随机性.     

内燃机轴系扭振阻尼系数的识别

为了解决内燃机轴系扭振理论分析中阻尼系数难以选取的问题,提出了一种利用轴系角振动模态阻尼比识别轴系各主要部件扭振阻尼系数的方法.该方法将轴系多质量系统简化成当量扭摆系统,利用扭振能量理论推导了轴系角振动模态阻尼比与轴系各部件扭振阻尼系数的关系式.如果已知轴系角振动模态阻尼比,通过分析轴系扭振阻尼特性,并选择合适的轴系角振动模态,即可识别出对轴系扭振起主要作用的阻尼系数.对某6缸和4缸柴油机的仿真和试验研究表明,所识别的轴系部件扭振阻尼系数的最大误差为4.89%,也证明了本文方法的正确性.      

基于收敛趋势变分模式分解的齿轮箱故障诊断方法

从中心频率的角度出发,深入分析变分模式分解算法中不同初始中心频率的分解特性;利用分解特性对变分模式分解中使用的初始中心频率进行合理更新,在没有先验知识的情况下自适应分解信号的整个分析频带;根据峭度准则,从分解的子信号中选取包含故障信息最丰富的故障分量;对选出的最佳故障分量进行平衡参数优化和稀疏编码收缩处理,并进行包络分...     

多约束燃料棒自由振动特性

为开发用于核燃料设计的流致振动计算程序,基于梁理论和势流理论,建立了多约束燃料棒振动问题理论分析方法.首先通过多跨连续梁理论,得到了多约束燃料棒在空气中振动控制方程和干模态下总体刚度矩阵和质量矩阵;然后通过势流理论,考虑了流体轴流和边界条件的影响,给出了湿模态下附加质量矩阵;最后以压水堆燃料棒为例,得到了燃料棒在干模态和湿模态下自由振动固有频率和振型的理论分析结果,并研究了弹簧刚度和附加质量系数对振动固有频率的影响.研究结果表明:通过理论分析方法所得计算结果与有限元软件ANSYS计算结果相一致;燃料棒在堆芯中结构为棒束形式,且周围为高速流动流体,振动频率及振型受到流体轴流和周边相邻燃料棒的边界效应影响,但由于多约束作用,流体轴流和边界效应仅影响了振动固有频率,而对振型基本没有影响;拉压和扭转弹簧刚度越大,燃料棒振动频率越高,增加扭转弹簧刚度可使第1阶固有频率增加79.1%,附加质量系数越高,燃料棒振动频率越低,可使第1阶固有频率降低18.2%,通过优化刚度方法可得到理想的振动特性,为格架设计提供参考.     

SCLD板模态控制模型及振动控制

为有效抑制薄板在外界激励下的低频振动,对机敏约束层阻尼(SCLD)结构进行了主动振动控制研究.首先,考虑了黏弹性材料随温度与频率变化的阻尼特性,结合GHM阻尼模型建立了耦合系统有限元动力学分析模型;其次,考虑到结构动力学模型自由度庞大,采用物理坐标下自由度动力缩聚和状态方程下复模态截断进行了两次降阶,并通过复模态空间向实模态空间转换,得到了低维实模态控制模型;最后,通过模态实验验证了理论模型,并基于低阶控制模型设计了振动控制器,证明了研究方法的正确性.研究结果表明,采用本文的组合降阶方法可以有效地对SCLD结构进行降阶,对模态控制模型主动控制取得了良好控制效果:在单位阶跃激励下,振动响应衰减时间从0.20 s缩短为0.08 s;在随机白噪声激励作用下,振动响应均方根值降低了39.65%.      

基于最小修正量法的振系物理参数识别方法

在分析振型矩阵关于质量和刚度矩阵加权正交性的基础上,利用振动频率和振型数据识别系统物理参数的最小修正量,借助Lagrange乘子法,求解约束条件下的质量与刚度矩阵误差加权范数为最小的优化问题,提出了以实测模态参数为基准的振系物理参数识别的计算方法,推导了完整和非完整2种试验模态参数情形下的物理参数识别计算表达式,给出了迭代算法,并对4自由度系统进行了模态试验及数值分析.分析结果表明:刚度矩阵和质量矩阵与真值非常接近,最大误差分别为0.086%和0.34%,因此,提出的方法具有很高的可靠性.     

移动飞机荷载作用下滑行道桥的动力响应分析

针对飞机荷载的特点,以首都机场5号滑行道桥为例,用模态综合法分析了飞机与滑行道桥耦合系统的振动情况。采用4自由度飞机模型,在用有限元软件分析得到桥梁频率和振型的基础上,建立滑行道桥与飞机的振动时变方程,用逐步积分法解方程组得到了滑行道桥任意点的挠度时程曲线。结果表明,此方法能够较为准确的描述滑行道桥在飞机移动过程中的动态响应。     

基于复Morlet小波变换的车体模态参数识别

详细推导了基于复Morlet小波变换的车体模态参数识别过程.对国内某高速动车组纯车体进行多点激励正弦扫频,利用随机减量法对车体振动响应信号进行随机减量处理,获取自由振动信号,首次运用小波理论对高速动车进行模态参数识别.同时也运用最小二乘法识别各阶振型.识别结果与商用软件Test.Lab对比,频率误差小于2％,说明小波分析适合用于高速车体这样复杂系统的参数识别.     

信号预处理对桥梁颤振导数识别结果影响分析

采用经验模态分解(EMD)对桥梁颤振导数识别信号进行预处理,分离其固有模态函数,消除其中的高频噪声和低频非平稳趋势项;分析了不同阻尼自由振动信号的信噪比与信号长度的关系;研究了苏通大桥主梁节段模型颤振导数对信号长度和消除信号均值、高频噪声、低频趋势项的敏感性.结果表明,借助EMD剔除信号中高频噪声和低频趋势项可以提高桥梁颤振导数的识别精度;颤振导数识别结果与是否消除信号均值和信号长度都有不可忽略的关系.