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基于随机子空间法的梁桥模态参数识别

刘东霞  
【摘要】: 基于随机子空间法(简称SSI)的模态参数识别方法是环境激励下模态参数识别的方法之一。它无需施加人为激励、仅对输出信号进行力学和数学分析,在时域内进行模态参数识别,具有理论上的可信度和工程应用上的可行性。因此该方法在工程界得到了广泛的使用,是模态参数识别方法的重要研究方向。 首先从模态参数识别的概念出发简述当前模态参数识别的研究概况与发展趋势,介绍了桥梁工程模态参数识别理论以及基于模态参数的损伤识别研究的意义,给出了所要展开的主要研究工作。随后介绍了环境激励条件下模态参数识别发展概况和基本理论。并详细介绍了常用的环境激励条件下模态参数识别的方法以及振动系统特征值和特征向量的计算方法。本文第三章主要介绍了随机子空间识别方法。随机子空间识别方法是一种新的时域识别方法,该方法仅用环境激励下的响应数据,通过QR分解和SVD分解等一套正交投影算法来识别系统模型。详细介绍了协方差驱动随机子空间和数据驱动随机子空间模态参数识别的步骤,提到了基于参考点的随机子空间法,并给出了他们的区别和联系。 随后,对随机子空间识别算法进行数值验证。以连续梁桥和简支梁桥为例,采用ANSYS程序建立结构有限元模型,对结构进行模态分析,获取结构的模态信息,编制了基于MATLAB平台的识别算法程序,并考虑噪声影响,验证随机子空间识别算法的可行性、有效性和适用性。随机子空间方法的关键是Hankel矩阵的维数和系统阶次的确定,本文采用的是协方差驱动随机子空间方法对梁桥进行识别,讨论了系统阶次的选择对识别结果的影响。 最后,对主要工作和研究成果进行总结,并指出需进一步研究的课题。


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