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。     

移动载荷识别的B-样条函数逼近法

基于欧拉梁振动理论及最小二乘法，提出了利用B－样条函数逼近法识别桥上移动荷载。通过B－样条函数拟合桥梁挠度识别桥梁模态响应，由梁的模态方程和最小二乘法识别桥上移动载荷。并进行了计算机仿真，获得了令人满意的效果。该方法具有很强的实用性和抗噪声干扰能力。     

大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法

为提高传统完全二次项组合法(CQC法)的计算效率,通过对模态频响传递函数和模态力谱的分析,提出了大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法.该方法根据结构的动力特性和风荷载特性,计入了模态频响传递函数和模态力谱实部和虚部对响应方差的贡献;为保证计算精度,考虑了共振响应模态的耦合效应.将该方法应用于某游泳馆屋盖结构共振响应分析,并将其与传统CQC法的计算结果进行比较.算例表明,与传统CQC法相比,该方法误差较小,节点位移共振响应最大误差仅为2.73%,验证了该方法的可行性和有效性.      

单个移动荷载激励下桥梁最大位移响应的频域分析

为了更加有效地建立列车运营速度与桥梁最大位移响应之间的关系, 针对单个移动荷载激励下桥梁最大位移响应提出了一种频域分析方法; 采用傅里叶变换推导出单个移动荷载匀速通过梁桥时的移动荷载谱和桥梁振动位移响应谱, 通过分析移动荷载幅值谱获得了导致桥梁自由振动位移出现极值响应的移动荷载速度, 并提出了该移动荷载速度的计算公式; 以一简支梁为例, 通过与相关文献结果的对比, 验证了本文数值计算程序的正确性, 进一步基于该程序, 通过数值分析验证了频域分析方法理论推导的正确性和移动荷载速度计算公式的准确性。研究结果表明: 在频域内得到的移动荷载幅值谱与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致, 因此, 移动荷载幅值谱能有效反映桥梁自由振动位移响应; 导致桥梁发生自由振动最大位移响应的移动荷载速度与移动荷载幅值谱最大值对应的速度相等, 且移动荷载幅值谱的其他极值点与桥梁自由振动位移响应极值点对应的移动荷载速度一致; 在自由振动阶段, 桥梁位移响应极值点对应的单个移动荷载速度仅与桥梁自振频率和跨度有关; 单个移动荷载以共振速度通过桥梁时, 桥梁发生的受迫振动与自由振动位移响应均不是最大响应, 因此, 对于高速铁路桥梁的列车运营速度, 除关注列车共振速度外, 需更加重视使桥梁产生最大位移响应的速度。      

基于桥梁动力响应的车-桥接触力识别方法

将桥梁划分为欧拉梁单元建立桥梁的振动方程,基于拉格拉日原理建立汽车的振动方程,根据接触点处的接触力将汽车和桥梁系统耦合在一起。求解汽车-桥梁系统耦合方程得到桥梁节点动力响应,由广义正交函数和模态叠加原理确定模态响应及其导数,用正则化方法得到稳定的识别结果。数值模拟结果表明,该方法用于识别车桥接触力是有效的、可行的。     

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。     

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.     

EMD和Cohen类结合抑制交叉项的时-频分析方法

为抑制单独使用Cohen类进行时-频变换时出现的交叉项,利用经验模态分解法将信号从频域上分离为若干个内禀模态函数之和,将分解后的信号分别进行Cohen类分布的时-频变换,得到信号的时-频分布.对3种不同类型的仿真信号进行计算,并将其时-频分布与直接对信号作Wigner-Ville分布、Cohen类时-频分布(以广义指数核为例)进行比较.结果表明,此方法能够抑制由二次分布所产生的交叉项,得到的结果更加接近理想时-频分布.     

基于工作模态参数辨识的水下复杂结构模态分析方法

针对传统实验方法很难对水下复杂结构进行模态分析,提出了工作模态参数辨识与有限元计算相结合的模态分析方法.对工作状态下的测点振动响应信号进行EMD分解,用时域峰值序列法进行模态参数辨识,辨识出的模态参数与计算模态结果进行匹配,以指导修正有限元模型,计算得到完整的模态参数.为解决EMD分解出现的模态混叠,提出先对信号进行小波包分解预处理的 方法.双层加肋圆柱壳体模型水下振动试验研究结果表明,该方法现实可行,能有效辨识出比较完整的模态参数.     

不中断交通的梁式桥梁试验与状态评估技术

在不中断交通的条件下建立了运行试验模态分析的模态挠度法。该方法以挠度作为评价桥梁结构承载力的指标,利用来往车辆的激励响应测量数据获得桥梁结构的交通激励试验模态参数,推算出桥梁结构的静挠度,从而评定桥梁结构的承载力。实桥测试表明,该方法可用于桥梁承载力和使用状况评估。     

基于调制白噪声与查表法的非平稳路面不平度建模方法

针对实测道路功率谱密度频率结构不同与汽车行驶速度变化引起的非平稳问题, 分析了现有路面不平度模型的准确性, 提出了一种基于调制白噪声与查表法的非平稳路面不平度建模方法; 结合白噪声生成方法和离散功率谱密度的计算公式, 推导出了能够确保路面不平度计算功率谱与设计功率谱完全吻合的Band-Limited White Noise模块参数设定方法; 通过不同设定值组合的白噪声功率谱密度与路面不平度功率谱密度计算结果对比, 验证了所提出的Band-Limited White Noise模块参数设定值的准确性; 为解决频率指数不等于2的空间域内非平稳路面不平度建模问题, 提出了由1个基准项和若干个精度校正项组成, 且调制传递函数模的平方逼近具有任意频率指数的道路功率谱表达式; 为获取考虑车速变化影响的频率时变的时域内非平稳路面不平度输入模型, 基于空间路面不平度固定不变的原理, 提出了利用查表法, 获得变车速工况下时域内非平稳路面不平度; 通过空间域内非平稳路面不平度建模及考虑车速变化的非平稳路面不平度建模应用, 验证了所提建模方法的优越性。研究结果表明: 使用基于调制白噪声的非平稳路面不平度建模方法构建的空间域路面不平度功率谱曲线, 与应用实例中的设计目标曲线吻合良好, 且结合查表法可以有效地解决时变车速带来的时域内非平稳路面不平度建模问题。      

基于ICEEMDAN的连续梁桥车致振动信号的HHT分析

改进的带有自适应噪声的完备集合经验模式分解（improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,ICEEMDAN）是传统经验模式分解（empirical mode decomposition,EMD）方法的发展,在桥梁结构损伤识别领域具有较好的应用前景. 首先,以数值模拟信号为对象,采用ICEEMDAN方法进行桥梁车致动信号的数据分解和Hilbert谱分析,提取损伤引起的频谱特征变化和建立损伤识别方法;然后,利用该方法对实测振动信号的振型分量进行识别;最后,以实测信号的一阶振型分量为对象,对其Hilbert瞬时频率谱的特征进行了分析和讨论. 研究结果表明:模拟信号中的振型振动分量数比实测信号中多,其中模拟信号中不显著的高阶竖弯振动分量在实测信号中没有发现; 一阶振型振动分量的瞬时频率可作为桥梁损伤识别的特征参数,用于进行损伤有无、损伤定位甚至损伤定量的判断; 损伤识别效果受测点位置影响很小; 该方法不依赖有限元模型即可完成桥梁损伤有无的识别和损伤定位,且数据采集简单,具有实际工程中应用可行性.      

随机地震激励下高墩桥梁碰撞可靠度分析

为了研究不同地震动强度作用下高墩桥梁的碰撞可靠度的不同,在频域范围内提出了一种以虚拟激励法为基础的动力可靠度计算方法,依托某高墩大跨度桥梁为工程背景,分析了高墩桥梁在不同地震强度下的碰撞可靠度.选择反应谱的水平加速度作为地震强度衡量指标,且将不同强度指标的反应谱转化为相应的功率谱;利用虚拟激励法求解随机振动方程,得到结构响应的均值与均方差值,再基于Davenport理论获得结构峰值响应的期望和标准差;根据首次超越理论计算梁体碰撞可靠度.研究表明:地震动加速度小于0.22g时,梁体之间不发生碰撞,动力可靠度为1.0;加速度大于0.22g时,梁体碰撞动力可靠度下降明显,即在强震作用下,梁体发生碰撞.      

铁路轨道不平顺随机过程的数值模拟

分析了目前广泛应用的几种轨道不平顺模拟方法,构造了基于频域功率谱等效的一种新的算法,分别求出频谱的幅值和随机相位,再通过傅立叶逆变换是到轨道平顺时域模拟样本。数值模拟试验表明,这种模拟方法较其它模拟方法更为简洁有效。     

基于相位差谱的非平稳地震波合成及应用

为了模拟地震动的非平稳性和多维性并克服传统三角级数法在合成地震波中选择包络函数具有任意性和不能表征频率非平稳性的缺点,提出了基于相位差谱法的多维多点非平稳人工地震波合成. 首先,基于随机场理论模拟地震动的行波效应、相干效应、场地效应和多维性;其次,确定能表征地震动的强度非平稳和频率非平稳性的相位差谱;最后,将合成的非平稳地震波和当量反应谱应用到实际桥梁抗震分析中进行分析对比. 研究结果表明:相位差谱法合成多维多点非平稳地震动不需要包络函数控制地震波的波形,排除人工选择强度包络函数的任意性,且考虑了地震动的空间相关性和多维性,优于传统的三角级数法;本文方法与传统反应谱法计算结果基本一致,采用反应谱法计算的两处墩底的剪力值和弯矩值分别相差在10%和17%以内,本文方法分别在9%和12%以内.      

山区风作用下大跨悬索桥响应分析

为了研究山区非平稳强风下大跨悬索桥静风及抖振响应,以云南普立大桥为工程背景,基于该桥址处实测风速样本,对大跨桥梁展开风致响应分析.首先,根据实测风速样本确定了时变平均风并且估计了脉动风谱.然后,在考虑了恒载结构初始内力状态下进行了非线性静风响应分析.最后,采用虚拟激励法分别针对实测风谱与规范风谱对该桥进行了抖振响应研究.计算结果表明,该大桥的抖振以竖向振动为主,并且其位移响应比静风突出; 10 min常值平均风会低估该桥的静风响应;由规范风谱得到的主梁抖振响应偏于不安全.研究结论可为同类山区大跨桥梁风致静力及抖振响应研究提供参考.      

基于小波变换的高速列车表面脉动压力提取

高速列车表面压力测试过程中,为了克服微型压阻式气压传感器测试的脉动压力信噪比低的缺点,有效提取出脉动压力,建立了传感器输出模型;利用相关系数法确定分解层数,根据3原则计算分层阈值,提出一种小波变换阈值去噪方法.用该方法对CRH(China railway high-speed)某型动车组静态测试信号进行去噪处理;并进行200 km/h动车组表面压力测试信号脉动压力的提取,建立了脉动压力功率谱模型.研究结果表明:该方法能有效提取出列车表面脉动压力,测点处脉动压力的幅值在20 Pa范围内时刻波动,频率主要集中在0~200 Hz;建立的脉动压力功率谱模型为列车减振和降噪提供理论指导.      

绵江大桥动载试验研究

介绍了绵江系杆拱桥动力性能测试方法,首先通过跑车试验对绵江大桥进行了频谱曲线和动位移测试,通过人工激振的方法测试了大桥的自振频率和受迫振动参数。通过动载试验及其数据的分析,对该系杆拱桥的动力工作性能给予客观的评估,这不仅对该桥且对同类型桥梁的结构评定也起到一定的借鉴作用。