基于隨機子空間方法的結構模態(tài)參數(shù)自動識別.pdf

1、對結構進行實時在線監(jiān)測的要求提出了對結構模態(tài)參數(shù)進行自動識別的需求。目前發(fā)展的結構模態(tài)參數(shù)識別方法均需要人工干預,由專業(yè)人員對中間結果進行判斷,進而作出選擇,才能完成模態(tài)參數(shù)識別。為實現(xiàn)無人值守的結構實時監(jiān)測目標,本課題試圖發(fā)展一種結構模態(tài)參數(shù)自動識別方法。
　　隨機子空間法是基于隨機狀態(tài)空間模型,只需確定“系統(tǒng)的階次”這一個參數(shù);隨機子空間法由于算法中的QR分解,奇異值分解等運算不需進行迭代運算,故不會出現(xiàn)發(fā)散或收斂緩慢問題;隨

2、機子空間法通過協(xié)方差運算或矩陣正交投影能使系統(tǒng)的階次明顯降低,從而使運算更加快捷。基于該算法的這些特點,本文旨在找出一種基于隨機子空間法的模態(tài)參數(shù)自動識別方法,從而可以實現(xiàn)在不需要人工參與的情況下自動確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。
　　隨機子空間法實現(xiàn)模態(tài)參數(shù)自動識別的關鍵是能否自動確定系統(tǒng)階次。經典的確定系統(tǒng)階次的方法主要有奇異值跳躍法和穩(wěn)定圖法,這兩種方法都需要人工參與。本文提出了一種可以自動判別系統(tǒng)階次的方法,從而實現(xiàn)了模態(tài)參數(shù)的自動

3、識別,本文將這種方法稱為SSI模態(tài)參數(shù)自動識別方法。
　　本文完成的主要工作和得到的結論如下:
　　(1)分別推導了基于數(shù)據(jù)驅動和基于協(xié)方差的隨機子空間法兩種識別模態(tài)參數(shù)識別算法,比較了這兩種形式的不同點,論證了基于數(shù)據(jù)驅動的方法 SSI計算效率更高,更適合于自動識別。
　　(2)論述了奇異值跳躍法和穩(wěn)定圖法定階的原理,分析了他們的優(yōu)缺點。這兩種方法都需要人工參與,而且定階結果易受人的主觀判斷的影響。本文提出了系統(tǒng)階次

4、自動判別方法,論述了該方法的定階原理和計算流程。最后對這三種定階方法進行了對比研究,驗證了自動判別方法定階結果的準確性。
　　(3)為了驗證SSI模態(tài)參數(shù)自動識別結果的可信性和方法的適用性,本文用了三個不同類型的算例,分別是三跨連續(xù)梁橋模型、濱州黃河大橋縮尺模型(斜拉橋)和平勝大橋(懸索橋實橋)。分別將自動識別的頻率或振型與ANSYS有限元模態(tài)分析結果以及FDD,HHT識別結果進行對比,結果表明,SSI模態(tài)參數(shù)自動識別法可以很好地