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原文传递环境激励模态分析方法的比较

论文题名：	环境激励模态分析方法的比较
关键词：	虹桥简支梁;土木工程;环境激励;模态参数;识别验证;有限元计算
摘要：	土木工程结构环境振动试验设备简单、不干扰运行，一直以来都是模态参数识别领域的研究热点。但由于环境激励幅值小、随机性强，在理想的白噪声激励假定下，识别结果能否满足工程精度要求也受到了较多讨论。论文对频域峰值法(PP)、频域分解法(FDD)、PolyMAX方法和时域随机子空间识别(SSI)四种环境振动模态参数识别方法的理论、算法和计算机实现进行研究。以实验室中简支梁环境激励试验和实桥环境振动试验为对象，并采用有限元方法，计算得到相应的模态参数。通过特征频率、阻尼比、振型识别结果的比对，对各方法特点、适用范围、识别精度进行对比分析，并对不同的识别方法做出评价。　　论文的主要研究工作和结论包括: 　　1、自行编程实现了峰值法、频域分解法，PolyMAX法和数据驱动随机子空间识别四种环境振动模态参数识别方法，并以实验室简支梁环境振动试验进行了模态参数的识别，验证了相应的方法。　　2、分别以板壳单元与梁单元建立主梁、桥塔模型，同时以弹簧单元模拟支座刚度，建立了常德市白马湖公园虹桥的有限元模型。梁单元与板壳单元的综合运用，使得在保证模型精度的基础上，最大化节省了计算时间。结果表明，精细化的空间有限元模型可以提供较为准确的理论模态信息，这对于指导现场环境振动试验参考点与测点的布置、为实测数据提供参照以确定系统真实模态均具有重要的价值。　　3、常德市白马湖公园虹桥现场环境振动试验模态参数识别结果表明，峰值法、频域分解法、PolyMAX和随机子空间识别方法均可用于实桥的环境振动模态参数识别，各有优缺点。总体而言，模态频率识别结果最为稳定，且与有限元计算较为吻合。以稳定图为基础的识别方法，在稳定点少的模态处，各方法阻尼比识别结果离散性有所增大。振型识别质量和信噪比、振型强弱、算法精度有关，当某种方法中振型难以确定时，可参考有限元和其余方法求解结果作出最终决选。　　4、各种方法均可能存在丢失模态或虚假模态的情况，可用稳定图作为确定结构真实模态的补充手段。本质上讲，环境振动模态参数识别是输入未知的模态参数识别方法，较传统的基于输入和输出的模态参数识别，由于输入未知，已知信息少，理论上具有先天的不足。因此，环境振动模态参数识别，应采用两种或两种以上独立的方法进行模态参数识别，确保不丢失模态和模态参数识别的正确性。
作者：	夏祥麟
专业：	建筑与土木工程
导师：	任伟新;吴建武
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文