基于Hilbert_Huang变换和随机子空间识别的模态参数识别_图文

1、 58 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第 30 卷 模态参数的识别结果以及有限元分析结果如表 1所示。图 7 为利用 SSI识别得到的结构 X 方向前三阶 振型与有限元分析结果的对比。 表 1 12 层 RC 框架模型的模态参数识别结果 T able 1 模态阶数 1 2 3 FFT 频率 /H z 4 . 1758 14 . 5203 27 . 6171 Iden tified m odal param eters of 12 sto rey RC fra m e m odel HHT+ N ExT 频率 /H z 4. 1678 14. 5622 27. 9869 阻尼比 /% 6

2、. 80 6 . 37 4 . 89 频率 /H z 4 . 0847 14 . 8668 27 . 4989 E M D + SS I 阻尼比 /% 6. 04 6. 19 4. 01 有限元分析 频率 /H z 3 . 8028 14 . 4281 27 . 8172 图 7 SSI振型识别结果和有限元分析结果的比较 F ig . 7 Co m pa rison o f first 3 mode shapes between SS I and finite e le m en t ana lys is 表 1 结果表明 , 用 FFT、 HHT + NExT、EMD+ SSI这三种方法识别

3、得到的结构前三阶固有频率基本一致 , 本文两种方法识别的阻尼比基本吻合。与该模型结构的有限元分析结果相比, 第 1阶固有频率偏差较大 , 其 余各阶频率比较接近。图 7 结果表明 , 识别的振型与有限元分析的振型吻合较好 , 特别是第 3阶振型的识别 结果, 说明该方法对识别难度较大的振型具有较强的识别能力。 5 结语 HHT 方法是一种自适应性的时频分析方法, 不仅非常适合于处理非平稳及非线性数据, 而且具有很好 的时频局域化分析的能力 , 同时 HHT 也提供了一种很好的识别结构阻尼的方法。从理论上讲, 通过 EMD 方 法得到的平稳信号可以很好地运用 NExT 进行处理, 且得到的自由衰

4、减信号不会含有其它模态分量 , 因此通 过 H ilbert变换以及模态分析的基本理论可以识别出结构的单阶模态阻尼。这种方法理论上直观明了 , 实现 过程简单方便。另外 , 通过 EMD 方法, 可以得到每个测点的单阶模态响应, 而且是平稳的随机信号 , 再结合 SSI方法进行模态参数识别 , 计算得到的稳定图具有明显的稳定轴, 各阶模态之间的影响大大减小, 因此模 态参数的识别结果更准确。 12 层钢筋混凝土框架模型的模态参数识别结果表明, 本文提出的两种方法的识别结果同目前广泛应用 的 FFT 方法的识别结果非常接近; 与有限元分析结果相比 , 固有频率基本一致 , 振型拟合良好。由此表明

5、本 文提出的这两种方法是可行的、 实用的。 第 1期 韩建平等 : 基于 H ilbert- Huang变换和随 机子空间识别的模态参数识别 59 需要注意的是, 若结构是时不变系统 , 则较难体现出 HHT 方法时频局域化分析的优越性; 用 HHT 方法 识别模态参数时需要根据结构响应的傅里叶谱确定结构固有频率的大致范围, 也还没有完全摆脱傅里叶变 换的影响。另外 , 环境激励下的结构模态参数识别方法 ( 如本文选用的 SS I和 NExT 一般均假设激励为白噪 声信号 , 而本文选用地震动激励下模型结构的加速度响应是违背这一假设的 , 这对识别结果的精准性具有 一定的影响。 参考文献 :

6、1 2 3 4 L iQ S , W u J R. T i m e frequen cy analysis of typhoon ef fects on a 79 - storey tall bu ild ing J . Jou rnal ofW ind E ng ineering and IndustrialA ero dyn am ics , 2007, 95( 12 : 1648- 1666 . 韩建平 , 王飞行 , 李 慧 . 基于振动台试验的模态参数识别算法比较研究 J . 华中科技大学学报 : 城市科学版 , 2008, 25 ( 3 : 57- 60 . H uang N E,

7、 Shen Z, Long S R, et a.l The em pirical mode decom posit ion and H ilbert spectrum for non linear and nonstationary t i m e series analys is J. Proceed ings of th e R oyal Society A: M ath e m at ica l, Phys ical and E ngineering S cien ces , 1998, 454 : 903- 995. Feldm an M. Theoretical analysis a

8、nd com parison of the H ilbert transfor m decompos it ion m ethod s J . M echan ical System s and S igna l Processing. 2008 , 22( 3 : 509- 519 . 5 6 7 8 陈 隽 , 徐幼麟 . HHT 方法在结构模态参数识别中的应用 J . 振动工程学报 , 2003 , 16 ( 3 : 383- 388. V an O versch ee P, D e M oor B. Subspace ident ification for lin ear system

9、 s M . K luw er A cadem ic Pub lishers , 1996. Peeters B . Sys tem iden tif icat ion and dam age detect ion in civil eng ineering D . Belg ium: CatholicU n ivers ity of Leuven , 2000. Y ang J N, Lei Y, Pan S, el a. l System iden tificat ion of linear structures b ased on H ilb ert- H uang spectral analys is . Part 1 : N or m al m odes J . Earthquake Eng. S truct . D yn. , 2003, 32( 9 : 1443 1467 . 9 Y ang J N, Lei Y, Pan S, et a. l System iden tification of lin ear structu res based on H ilbert- H uang spectra l analys is . Part 2: C omp lex m odes J