[发明专利]海洋结构弱模态识别与时域重构方法有效

专利信息
申请号: 201610008408.2 申请日: 2016-01-07
公开(公告)号: CN105654062B 公开(公告)日: 2019-10-01
发明(设计)人: 李华军;刘福顺;刘程程;卢洪超;杨琪;曹锦超;侯法垒;金磊;陈杰峰 申请(专利权)人: 中国海洋大学
主分类号: G06K9/00 分类号: G06K9/00
代理公司: 青岛中天汇智知识产权代理有限公司 37241 代理人: 刘水明
地址: 266100 *** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 海洋 结构 弱模态 识别 时域 方法
【说明书】:

发明涉及一种海洋结构弱模态识别与时域重构方法,特别是针对海洋结构测试信号中包含高水平噪声时海洋结构弱模态识别问题,包括:S1、获取海洋结构实测信号;S2、将实测信号非谐波分解;S3、弱模态极值分离与识别;S4、弱模态时域信号重构。本发明克服了传统模态识别方法难于提取淹没于高水平噪声中弱模态的难题,从极值‑留数均为复数角度出发,构建实测信号时间序列形式,使时域信号重构更准确,为海洋结构弱模态提取和时域重构提供了一种新方法,工程应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种海洋结构弱模态识别与时域重构方法,特别是针对海洋结构测试信号中包含高水平噪声时海洋结构弱模态识别问题。

背景技术

近年来各国越来越重视海洋资源的开发与利用,相继建造了许多诸如跨海大桥、海洋平台、海底油气管道、海底隧道、超大型浮体等海洋工程结构。这类结构容易在波、流、地震等外部荷载的作用下产生有害振动,严重时可能产生疲劳破坏、而且其施工难度大,养护维修费用高,因此,为了保障海洋结构的安全服役、避免重大的恶性事故发生;对及时发现海洋平台结构损伤,并在保障安全的条件下及时修复具有重要意义。

海洋结构模态参数识别是模型修正、损伤识别以及结构动力响应分析的关键性的环节。由于海洋结构的尺寸和质量比较大,使用人工激励的方式获取其脉冲响应函数往往比较困难,因此环境激励作为一种较理想的激励方式,常被用于模态参数的识别。

现有技术中多采用实验模态分析(EMA)方法,一种主要利用结构的振动数据进行模态识别的模态分析方法。传统的实验模态分析基于确定性的输入及测得的振动响应来确定频率响应函数,由于海洋结构的输入往往难以获得,后来发展了基于输出的模态识别方法;基于输出的模态参数识别包括峰检法(PP)、频域分解法(FDD)、频率空间域分解法(FSDD) 等频域方法,以及多参考复指数法(PRCE)、特征系统最小实现法(ERA)、随机子空间法(S SI)等时域方法,但这些模态分析方法对于弱模态的识别都有一定局限性。

对于实际的海洋结构,由于风、浪、流和平台工作荷载是随时间变化的,因此海洋结构也是一个时变系统,在这些环境激励下,实测数据中往往包含大量环境噪声,从而使所激励出的海洋结构部分真实模态相对较弱并且淹没于这些噪声中,若采用奇异值分解(SVD)等方法进行信号消噪,这些弱模态随着噪声一起被消除,以致传统模态参数识别方法难于准确识别,更无法得到其真实弱模态的时域序列,不便于对海洋结构的分析。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷提出的一种海洋结构弱模态识别与时域重构方法,克服传统模态识别方法难以提取淹没于高水平噪声中弱模态的难题,同时信号进行非谐波分解时考虑阻尼特性,使时域信号重构更准确。

为了达到上述目的,本发明提出一种海洋结构弱模态识别与时域重构方法,包括:

S1、获取海洋结构实测信号;

S2、将实测信号非谐波分解:

S21、将实测信号构建成的形式,其中yk为实测信号时间序列,Δt为时间步长,p为分解阶次,λn=-αn+i2πfn、分别为极值与留数,αn为系统阻尼比,fn为系统固有频率,An为振动幅值,θn为正弦振动初始相位;

S22、求取极值与留数的值:构建Hankel矩阵,应用奇异值分解技术求取极值与留数的值;通过在低阶状态空间求取特征值,数值获取更稳定;

S23、构建极值与系统固有频率fn的关系;可以迅速识别频率与极值的关系,较容易的在大量噪声模态中识别能量相对较弱的结构真实模态;

S3、弱模态极值分离与识别;

S4、弱模态时域信号重构。

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