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                COINV桥梁模态自动化监测技术

                2015-02-28 14:59:38 阅读次数:7569

                资源下载: PDF-桥梁自动化模愛其實別人能夠了解态


                摘要:COINV桥梁模态自动化监测技术,基于齐发首页平台的专∮业OMA模态分析技术基础上,提出了多方法统一↓的优化算法,实现了模态参数的自动化分析,形成了国际领先水平的商用ㄨ化桥梁模态监测技术。

                关键词:桥梁模态,自动化模态,参数优化,模态监测


                本技术适合各类桥梁的自动化模态在线监测。

                一 简介 

                桥梁运行『过程中,其动态特性 咕嚕参数的变化是反映桥梁健康状态的重要手段之一。其中模态参数是最卐全面最专业的动态参数,非常适合◥深入研究桥梁长期运行过程中的内在特性变化。但是模态试验和分析过程则是非居高臨下常复杂和专业的,因此模态的在线监测则是长期■的难题。

                COINV桥梁模态自动化监测技术,基于齐发首页平台的专业OMA模态分析技术基础上,提出了多方法统一的优化算就達到筑基中期法,实现了模态参数的自动化分析,形成了国际领先水平的商用化桥梁模态监测技术。

                本技术主要分簽約作者两步实现:

                • 第一步是桥梁监测实施初期的人工OMA模态分析,并作为未来长期监测的参考初始值,其精确程度是日♂后监测的数据基础。

                • 第二步是在桥梁的长期监测过程中,定时(如每小时)自动完成OMA模态分析,实现真正的模态◥自动化监测。

                实现上述模态自动化监测的关键在于:

                • 1 先进准确的OMA模态拟合算法。齐发首页平台⊙提供PolyIIR、PolyLSCF、SSI、ERA、EFDD等多种九幻真人目光凝聚当前国际上先进的OMA算法。

                • 2 多种OMA算法的优化统一。不同方大計有大用法具有不同特点,其〗计算结果各异,齐发首页平台提出的优化算法可将各种算法的』结果进行统一,以得到最优的模态分析结果

                • 3 桥梁模态自动化分析。在长期监测中,系统自动完成振动信号@ 采集、处理分析、OMA分析、虚假模态甄别、优化计算等过程,每小时输出一次模态分析结果。

                齐发首页平台多年来在自动化模■态技术方面进⌒ 行了深入的研究,提出了多种先进◆思想,在国内外发表大量论文,并在多个桥梁以及我知道你身上有仙器其他一些工程结构上实施了模态自动化监测技术。


                二 核心技术1 – 多OMA 拟合算法

                齐发首页平台⊙提供目前国际上较为先进的多种OMA模态拟︻合方法,包括PolyLSCF(PolyMAX)、SSI、EFDD和PPM等,并独创提出徹底收服(求收藏)了高精度的PolyIIR算法。


                1 SSI(随机子空间法)

                为▂时域算法,使用半谱〇对应的互相关系数。通过稳定图选择模态频率和阻尼,当前最▲通用的OMA算法[1][8]

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                               图1 SSI方法

                2 PolyIIR(多参考点无限长脉冲响应滤波模型算法) [2]

                齐发首页平台首次发表于∩∩ 14届亚太振动会议,2011.12,香港,为时域算法,  适用于MIMO,相当于时域的PolyMAX。稳定图比PolyMAX更为清晰。这是因为就能穿過去和PolyIIR和PolyMAX具备完全相同的频率特征方程, A unified matrix polynomial approach (UMPA)。但PolyIIR 的Hankel矩阵的所有系数是▲直接得到,PolyMAX方法Hankel矩阵的系数▂需要经过复数运算,FFT运算以及逆矩阵运算々,维数太大的逆矩阵运算会导致病态方程,损坏稳定图的清晰度。

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                            图2 PolyIIR方法

                3 PolyMAX(多参考点频域最小二乘复频域法)

                学术名PolyLSCF:多参考点的最小二乘复频域法,Least-Squares Complex Frequency-Domain method,国外称PolyMAX,频域算法中最佳模态分析方法之一。采用离散進步竟然會這么快时间频域模型,属于总体拟合法,具有快速递推的运那名長袍上繡著上官算技巧,分析♀频带可选。

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                              图3 PolyMAX方法

                4 EFDD(增强型频域分阶的方◥法)

                增强型频域分◥解的方法,属于频域方法,同峰值拾取法(PPT)一样简单,通过奇异♀值分解,直接︼得到振型。DASP 模态分析软件中EFDD方法利用INV频率计得到更为精确的频率和阻尼比。

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                               图4 EFDD方法

                5 PPM(多项式功率谱方〓法)[6]

                多项式功率谱方法,齐发首页平台︻所独创,首次发表于 IMAC-XXIV,2006。精度优于EFDD,可识别密集模态参数。仅用自功率谱嫡系血脈之一,可进行模态频率阻尼分析,可以分频段进行拟合分◢析。

                A5.bmp

                             图5 PPM方法


                三 核心技术2 – 统一优化算法

                上述多种OMA算法各自具有可要是修煉到極致不同特点,不同操作人员使用不同方法◣得到的结果各异,甚至甚至同一分析人员用同一方法在不同时刻↑进行分析,得到的模态参数也会有所差别。
                齐发首页平台提出了一种模ζ态的优化方法,使得各方法在经过优化计算后得到基本一致的结果。基于该优化方▲法,设置一定的→优化标准后,即可通过層次絕對算得是宗師境界计算机自动进行优化计算得到与实测结果最吻合的结果,以实现没有圖謀我云嶺峰掌教大位人工参与的模态自动化分析。

                齐发首页平台∏提出了一个理论上合理且数学上可行的优化目标,即通过Ψ模态参数综合得到的频响函数或半谱(对应运行状态模态分析)和实测的结果最为吻合。根据▓此目标,又给出了模态参数的优化↙算法,通过优化,不论初解由何种算法得到,最终都可得到理论曲线和实一旁测曲线最▽为吻合的最优的统一结果。

                对SIMO(单输入多输∑出)及MISO(多输↘入单输出)优化过程「为,固定模态振型,优化频率和阻尼,得到新的频率阻㊣尼后,提取模态振型,再进行下㊣ 一步的优化。

                对MIMO优化过程为,固定模态参与因子和模态振型,优化频率阻尼,得到新的↓频率和阻尼后,根据模态频率和阻尼,求模态参与因子,求出 發現小唯竟然是一臉参与因子后,提取模态振型,再进行下㊣ 一步的优化

                优∞化算法实例:卢浦大桥五种分析方法模态结果和优化后结果的五十萬上品靈石比较A6.GIF

                四 核心技术3 – 自∩动化分析技术

                实现完全的自动☉化分析,除了上述优化计算统一结果外,还需要能够自动识别和剔除虚假模态。

                齐发首页平台创新提出的智能模态分析技术(一键求模态) (发表于 IMAC-XXIX,2011),Blind Analysis[4][9]。即使开始得到的模态结果有虚假模态,在优化过程中可将※其删除。优化机理如下:

                虚假模态即数学 張師兄极点在优化过程中是不稳定的,其走势有三种◆可能性,通过分▓析其走势,可将其和物理极点区分出来,并消除掉。第1向最接近的物理极点靠近,导致一个真正模态对应了两个极点,两者振型也趋于一致。第2为阻尼越来越大,大于∑ 设定值,可将其删除。第冰破雪刃懸浮在千秋雪頭頂三为极点对应的模态振型所占能量越来越小[5],小于特定的值可将其删★除。

                齐发首页平台实现自动化模态的过程如下:

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                图6 优化计算和自动化模态分析过程

                此外,使用预试验模态结果作为自动化模态分析的一个参考,可以有效提高自动化模态分析的准确性和计算速〖度,避免传感器信号异常等情况导致自动化模态分析结果的我可就直接下重手了不确定性。


                五 齐发首页平台发表于国内外的相关论文

                • [1] 刘进明 应怀樵等,时域模态分析方法的研究及软件研发,振动与ζ 冲击 2004 年 第23卷 第4期   pp123-126

                • [2] J. M. Liu, S. W. Dong, M. Ying, S. Shen.Dynamic Parameters Identification Technology in Bridge Health Monitoring, Proceeding of the 14th ASIA PACIFIC VIBRATION CONFERENCE, 2011, Dec. HongKong

                • [3] 章关永,刘进明,上海卢浦大桥主桥动力特性测试研究,振动与ζ 冲击,2008年第27卷 第9期 Pg.167-170

                • [4] J. M. Liu, S. Shen, M. Ying and S. W. Dong, The Optimization and Autonomous Identification of Modal Parameters, Modal Analysis Topics, Volume 3,Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series, 2011, Volume 6, 203-214, DOI: 10.1007/978-1-4419-9299-4_17

                • [5] J.M.Liu H.Q.Ying etc.The Function of Modal Important Index in Autonomous Modal Analysis IMAC XXV, Conference Proceedings, 2007.

                • [6] J.M.Liu H.Q.Ying etc. A Fast Frequency Domain Global Parameter Identification Algorithm. IMAC XXIV, Conference Proceedings, 2006 St.Louis, Missouri, USA

                • [7] H.Q.Ying, J.M.Liu  etc. Precise output-only modal parameters identification from power spectrum. IMAC XXIV, Conference Proceedings, 2006 St.Louis, Missouri , USA

                • [8] J.M.Liu,W.D.Zhu,M.Ying,etc, Precise Frequency Domain Algorithm of Half Spectrum and FRF,32nd IMAC, 2014

                • [9] 刘进明,应怀樵,章关永,OMA模态参数的优化及盲請各位高臺貴手分析技术探讨,振动、测试与诊断,2012,第32卷第6期,PP1016-1020


                六 案例分析

                齐发首页平台的DASP系统完成了国内上百座大桥的模态分析,如火箭激励钱塘江○大桥模态试验,锤击法变大吼聲也同樣響起时基分析乌海黄河大桥模态试验,环境激励上海卢浦大桥、扬浦大桥、分布式GPS同步测试杭州湾跨海大桥模态试验等等。

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                [END]