[发明专利]一种工程结构虚假模态准确判别方法

说明书

本发明属于工程结构监测数据分析技术领域，主要涉及虚假模态准确判别方法。具体提供了一种基于不同数据选择特征系统实现算法的结构虚假模态判别方法。本发明通过初步判断的截断阶数n_t，并根据截断阶数n_t，改变数据选择，从而绘出数据移动稳定图，从数据移动稳定图中准确判别结构虚假模态。该发明通过改变数据的选取来观察环境对频率的影响，这样可直观反映其对真实模态的影响，进而准确判别虚假模态。

技术领域

本发明属于工程结构监测数据分析技术领域，涉及工程结构虚假模态判别方法。

背景技术

工程结构如桥梁等在长期服役期间，会受到各种荷载的作用，如车辆荷载、风荷载、雨雪荷载、温度变化等，为了评价结构的服役状况，，准确识别结构的模态参数就显得十分必要。对于工程结构模态参数识别方法已有大量的学者进行了研究，如随机子空间方法、频率拾取法、随机减量法、特征系统实现算法。特征系统实现算法是最流行的模态参数识别方法之一，该方法仅需测得数据便可以分析出模态。然而，测得的数据与理论数据(真实数据)不相符，导致特征系统实现算法识别分析出的结构模态参数包含虚假模态。

虚假模态的识别与判别已引起了众多学者的关注，也提出了许多判别方法，主要包括增加输入数量来降低虚假模态成分，通过奇异熵或数值大小对奇异值进行截断来判别真实模态数量等。Magalhaes等人在文章“Online automatic identification of themodal parameters of a long span arch bridge”中通过稳定图的方法在不同频率处判断稳定点，进而分离虚假模态。Bazan等人在文章“Eigensystem realization algorithm(ERA):reformulation and system pole perturbation analysis”中通过增加输入数量来减少干扰对真实模态的影响。然而，这些方法忽视了一个重要的问题，即环境干扰必然会影响甚至会淹没真实模态，现有的方法仅能减小环境干扰的影响，尚难以对虚假模态进行准确判别。虚假模态会引起工程损伤及性能评估不准确，造成虚警现象的发生。因此，如何准确判别虚假模态对于确保工程结构的服役安全十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种工程结构虚假模态准确识别方法，解决环境干扰导致虚假模态难以分辨的问题。

本发明的技术方案是：推导一种虚假模态判别方法，其特点是依据实测脉冲响应数据，利用不同的带有一个时间错动的两组时程数据来组成Hankel矩阵，然后进行奇异值分解和特征系统实现算法，进而求得结构的频率、阻尼、和模态。通过稳定图方法对结构自身的模态数量进行初步判断，记此初步判断的模态数为n_t；再通过移动时程数据，选择两外两组不同的时程数据组成新的Hankel矩阵，根据特征系统实现算法求得此时识别的频率、阻尼、和模态；依此类推，最终得到的不同频率点及其对应的数据选择序号，并分别作为横纵坐标，绘出数据移动稳定图。该方法可以根据图中随着时程数据逐步向后错动来判别频率的变化，若频率随着时程数据的错动产生了变化，即说明此模态受到了环境干扰，存在虚假模态。

本发明的技术方案：

一种工程结构虚假模态准确判别方法，步骤如下：

步骤一：初步判断截断阶数n_t

(1)通过两组具有一个时间错动的实测脉冲数据，组成Hankel矩阵H(k-1)和H(k)，如下形式：

式中：向量y为实测信号，k+i表示第k+i时刻，k到I+J+k-2为选择的实测时程数据点个数；

(2)令k＝1，对Hankel矩阵H_IJ(k-1)进行奇异值分解：

H(k-1)＝UΓ²V^T