[发明专利]基于双指数窗函数法的结构模态参数识别方法

权利要求书

1.基于双指数窗函数法的结构模态参数识别方法，其特征在于，包括：

S1、通过锤击法获取结构上若干测点的加速度和力的时域信号；

S2、引入衰减率为b的指数窗函数，并对力和加速度进行加窗，引入时间长度T构建结构的理论截断加窗导纳

w(t)＝e^-bt，(t≥0)

其中，w(t)为指数窗函数；t为时间；e为自然对数的底数；R为模态阶数；α_s为第s阶模态参与系数；ω为频率；ω_s和分别为第s阶的模态频率和阻尼比初始值；为引入窗函数后增加的阻尼比；i为虚数单位；

S3、利用测试加速度和力时域信号，构建测试截断加窗导纳

其中，为频率ω时的加窗截断加速度频域信号，为加窗截断力频域信号；

S4、获取结构所有测点平均后的测试截断加窗导纳的峰值作为结构的固有频率；

S5、给定衰减率b₁、衰减率b₂，对理论截断加窗导纳和测试截断加窗导纳取实部得到关于衰减率b₁、衰减率b₂、模态参与系数α_s、模态频率ω_s、阻尼比初始值的方程组；采用非线性方程求解器求解方程组得到每个测点在固有频率下的阻尼比；之后对所有测点的阻尼比求平均作为结构的阻尼比。

2.根据权利要求1所述的基于双指数窗函数法的结构模态参数识别方法，其特征在于，对力和加速度进行加窗，引入时间长度T构建结构的理论截断加窗导纳进一步包括：

S21、构建理论截断加窗导纳为：

其中，为对位移脉冲响应函数求导；

S22、对位移频响函数进行傅里叶变换获得阻尼小于设定阈值的位移时间响应函数h(t)：

S23、将位移时间响应函数h(t)导入理论截断加窗导纳模型，得到理论截断加窗导纳

3.根据权利要求1所述的基于双指数窗函数法的结构模态参数识别方法，其特征在于，利用测试加速度和力时域信号，构建测试截断加窗导纳进一步包括：

S31、对加速度时程信号进行有限长度的加窗傅立叶变换：

其中，T为时间长度；a(t)为t时刻测试的加速度值；为在频率ω处的截断加窗速度；

S32、将加窗截断加速度频域信号代入测试截断加窗导纳

4.根据权利要求1所述的基于双指数窗函数法的结构模态参数识别方法，其特征在于，获取结构所有测点平均后的加窗导纳的峰值作为结构的固有频率进一步包括：

获取测点的结构加窗导纳的所有峰值和每个峰值两侧的波谷；

选取峰值两侧中较小的波谷，并计算峰值与选取的波谷间的间距；

判断所述间距是否大于设定间距，若是大于，则保留，否则删除对应峰值。

5.根据权利要求1或2所述的基于双指数窗函数法的结构模态参数识别方法，其特征在于，步骤S5进一步包括：

S51、给定衰减率b₁、衰减率b₂，并对理论截断加窗导纳和测试截断加窗导纳取实部：

其中，为理论截断加窗导纳取实部；和分别为对应于衰减率b₁、衰减率b₂时的关于和T的函数；分别为对应于衰减率b₁、衰减率b₂时的测试截断加窗导纳在模态频率ω_s处的实部；

S52、在第s阶模态，构建关于阻尼比初始值初始值的方程：

利用步骤S52中得到的模态阻尼比初始值作为步骤S51中非线性方程组的初始值，求解方程组的阻尼；

S54、对所有测点的阻尼比求平均作为结构的阻尼比。

6.根据权利要求3所述的基于双指数窗函数法的结构模态参数识别方法，其特征在于，所述衰减率b₂＝1.005b₁。

7.根据权利要求1所述的基于双指数窗函数法的结构模态参数识别方法，其特征在于，通过锤击法获取结构上若干测点的加速度和力的时域信号包括：

在结构上随机选取N个测点，采用加速度传感器、力锤和数据采集模块分别测量N个测点的加速度和力的时域信号数据，每个测点至少测量五次取平均。