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桥梁气动弹性模型模态参数及颤振导数识别方法研究
| 论文题名： | 桥梁气动弹性模型模态参数及颤振导数识别方法研究 |
| 关键词： | 桥梁工程;风洞试验;气动弹性模型;模态参数识别;随机减量;颤振导数 |
| 摘要： | 本文归纳总结了桥梁风工程理论的发展历程，介绍了桥梁风洞试验仍然是目前最有效、最可靠的一种大跨度桥梁抗风研究的手段，而桥梁气动弹性模型的模态试验在风洞试验中有着承前继后的作用。本文研究了适合风洞试验（只有输出响应数据无荷载输入数据）的桥梁气弹模型模态参数时域识别方法—Ibrahim时域(ITD)法、特征系统实现(ERA)法和随机子空间(SSI)法。并进一步根据全桥气动弹性模型的实测复模态参数对其主梁断面的颤振导数识别做了可行性分析和深入的研究。归纳本文的主要研究内容和成果如下: 1.回顾了桥梁风工程理论的发展历程和风洞试验技术的发展现状，说明了模态参数在桥梁抗风中的重要性及简单介绍了现有模态参数识别的主要方法。 2.对非接触式3D位移测量仪从精度、工作原理和工作环境等方面做了全面的说明。研究了该仪器用于桥梁气弹模型模态识别试验的优势和操作要点。对该仪器测得数据的预处理方法进行了深入的研究，其中包括:数字滤波器的设计、非平稳响应的EMD分解重构和随机减量技术的原理及减量效果。 3.重点研究了适合风洞中风环境的气弹模型模态时域识别算法:ITD法、ERA法和SSI法。对三种算法进行改进使其计算效率和精度提高，并分别使用MATLAB(R)语言编程实现其模态参数的自动识别。利用简单的数值仿真算例检验编程的正确性与算法的可靠性。对不同算法的性能进行了深入的研究，包括:抗噪能力、误差分析、使用范围和算法缺陷等方面。就阻尼识别结果的不稳定性本文提出了使用稳定和谱系聚类相结合的方法。 4.以马普托大桥全桥气弹模型模态识别试验为工程背景，详细介绍了模态识别的步骤。使用模态识别算法(ITD、ERA和SSI)对其模态参数进行自动识别，得到了该桥气弹模型的频率、阻尼及振型系数的识别结果并与理论值对比分析。最后就全桥气弹模型模态参数识别的误差来源进行了分析。 5.重点研究了模态参数识别方法在全桥气弹模型主梁断面颤振导数识别方面的应用，以理想平板断面为例通过自由衰减响应仿真分析和随机风荷载响应仿真分析证明了:使用模态参数识别的方法（ITD、ERA和SSI）进行气弹模型主梁颤振导数识别的思路是可行的。 |
| 作者： | 何能 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 廖海黎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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