【摘要】：結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)包括頻率、振型和阻尼比在內(nèi)是結(jié)構(gòu)主要的動力特性參數(shù)。運營模態(tài)分析無需激勵信息,對于大型土木工程結(jié)構(gòu)的模態(tài)辨識有重要的實用價值。現(xiàn)階段,許多運營結(jié)構(gòu)模態(tài)識別方法被提出,盲源分離理論因其無需參數(shù)化模型、簡便高效的優(yōu)點在模態(tài)識別領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展。現(xiàn)有方法多集中于基于正定盲源分離的模態(tài)識別,而實際應(yīng)用中常遇到欠定問題。本文圍繞欠定盲源分離的模態(tài)階數(shù)確定、實模態(tài)識別、復(fù)模態(tài)識別以及非獨立模態(tài)識別進(jìn)行了相關(guān)研究,并采用了美國土木工程師學(xué)會提供的基準(zhǔn)模型以及某實際橋梁進(jìn)行了驗證。具體研究內(nèi)容如下:(1)考慮到實際結(jié)構(gòu)中參與振動的模態(tài)階數(shù)往往未知,提出了一種確定參與振動的模態(tài)階數(shù)方法,依據(jù)響應(yīng)在時頻域內(nèi)的統(tǒng)計特性,給出了三種統(tǒng)計量,利用加權(quán)平均手段對離散的概率值進(jìn)行光滑處理,通過概率曲線峰值個數(shù)的自動拾取自動確定模態(tài)階數(shù),算例分析結(jié)果表明,本文方法能夠?qū)崿F(xiàn)無監(jiān)督式的模態(tài)階數(shù)確定,提高欠定盲源分離模態(tài)識別方法的識別準(zhǔn)確性。(2)考慮到實際應(yīng)用中欠定程度較大引起的模態(tài)識別準(zhǔn)確度降低的問題,提出了一種時頻改進(jìn)的稀疏分量分析方法,該方法建立了功率譜與稀疏分量分析中單源點的聯(lián)系,基于功率譜幅值統(tǒng)計提出了單源點提純方法,并利用時頻系數(shù)構(gòu)造廣義譜矩陣,對廣義譜矩陣進(jìn)行奇異值分解,直接在時頻域內(nèi)識別頻率和阻尼比,算例分析結(jié)果表明,單源點提純大大提高了振型估計精度,頻率和阻尼比的識別無需重構(gòu)模態(tài)響應(yīng),從而提高了欠定程度較大時的識別精度。(3)非比例阻尼結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮復(fù)模態(tài),而現(xiàn)有模態(tài)識別方法多適用于實模態(tài),因此,提出了基于擴(kuò)展稀疏分量分析的復(fù)模態(tài)識別方法,通過構(gòu)造解析信號形式建立了復(fù)模態(tài)識別的盲源分離模型,提出了適用于復(fù)模態(tài)識別的單源點檢測方法,并分別建立了振動響應(yīng)與振型系數(shù)之間的幅值和相位聯(lián)系,給出了復(fù)振型的估計方法,通過重構(gòu)模態(tài)響應(yīng),提取頻率和阻尼比,結(jié)果表明,所提方法適用于欠定情況的實模態(tài)和復(fù)模態(tài)識別。(4)土木結(jié)構(gòu)材料與結(jié)構(gòu)形式均比較復(fù)雜,因阻尼的存在,傳統(tǒng)基于獨立分量分析的盲源分離模態(tài)識別將不滿足統(tǒng)計獨立性,導(dǎo)致識別準(zhǔn)確性降低。針對該問題,提出了一種基于頻域獨立分量分析的模態(tài)識別方法,該方法分析了時域信號和頻域信號的統(tǒng)計特性,建立了頻域內(nèi)盲源分離模型,采用快速獨立分量分析及過完備獨立分量分析方法進(jìn)行模態(tài)識別,算例分析結(jié)果表明,所提方法適用于非獨立模態(tài)的參數(shù)識別。
【圖文】：

的源信號：《表示系統(tǒng)觀測信號的數(shù)目，ｍ表示源信號的個數(shù)；ｎ＾；）表示加性噪聲，＾表逡逑示離散的時間變量。在盲源分離問題中，系統(tǒng)的混合矩陣和源信號都是未知的。盲源分逡逑離的目的是尋找一個分離矩陣Ｗ，從觀測信號中將源信號分離出來，其示意圖如圖１．３逡逑所示。逡逑－６－逡逑

使得方程組解耦成為一組獨立而無耦合的方程。因此，每個獨立的振動微分方程由逡逑模態(tài)頻率、阻尼比和模態(tài)坐標(biāo)或者模態(tài)響應(yīng)進(jìn)行描述。實現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的矩陣成為模態(tài)矩逡逑陣，其每列稱為模態(tài)振型。圖１．４描述了振型疊加法的內(nèi)容，即結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)是由各逡逑階模態(tài)貢獻(xiàn)疊加得到的。由此可知，模態(tài)振型矩陣可視作盲源分離模型當(dāng)中的混合矩陣逡逑Ａ，，解耦后的各模態(tài)響應(yīng)可視為盲源分離模型中的源信號ｓ（0，頻率和阻尼比等參數(shù)包逡逑含在模態(tài)響應(yīng)中。由于每一階模態(tài)響應(yīng)可看作是相應(yīng)的單自由度系統(tǒng)的響應(yīng)，頻率和阻逡逑尼比依據(jù)單自由度的模態(tài)識別方法即可很容易地獲得。所以，盲源分離的目的與模態(tài)識逡逑－１１邋－逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U446

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2632578