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环境激励下桥梁结构模态参数识别方法的研究

作　者: 王慧慧
导　师: 黄方林
学　校: 中南大学
专　业: 结构工程
关键词: 环境激励桥梁结构自然环境激励法特征系统实现算法模态参数识别
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 181次
引　用: 2次
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内容摘要

桥梁结构的模态参数识别是模态分析的重要内容。传统的模态参数识别方法需要采用大型激励设备对桥梁结构进行人为激励,影响结构正常运营,而基于环境激励(风载、地脉动、车辆激励等)下的模态参数识别方法仅根据测得的响应信号来识别结构的模态参数,无需对结构施加激励,节省人工和设备费用,也避免对结构可能产生的损伤问题,因而在工程中得到了广泛的应用。为此,本文对环境激励下结构模态参数识别方法进行了研究。主要工作和研究内容如下：1、系统地论述了环境激励下结构模态参数识别在工程应用中的重要作用,回顾了国内外在该领域的研究现状,并简要介绍了几种典型的环境激励下的模态参数识别方法。2、对环境激励下NExT/ERA法的理论及应用进行了研究。利用NExT和ERA两种方法各自的优点,综合运用二者对环境激励下的结构模态参数进行识别,基于MATLAB平台,编制程序实现算法,并利用该算法对一简支混凝土梁结构进行了仿真分析,结果验证了NExT/ERA法的有效性和良好的抗噪性。3、实验对象为一悬臂梁结构,对其进行振动测试试验,利用NExT/ERA法由实测采集的响应信号进行模态参数识别,然后将识别出的模态参数值与理论值进行比较分析,结果表明了NExT/ERA法的可行性。4、利用有限元软件ANSYS建立了南京长江大桥的空间有限元模型,对其施加地脉动激励获取响应信号,利用NExT/ERA法由响应信号识别出结构的模态参数,并与ANSYS分析理论值进行比较,从而验证了NExT/ERA法在桥梁实际工程应用中可行、有效。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 研究背景及意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 环境激励下模态参数识别的研究方法  11-16
    1.3.1 频域识别法  12-13
    1.3.2 时域识别法  13-16
  1.4 本文课题来源及主要研究内容  16-17
第二章 NExT/ERA法模态参数识别  17-34
  2.1 自然环境激励技术理论(NExT技术)  17-21
  2.2 特征系统实现算法理论  21-27
    2.2.1 系统的状态方程模型  21-23
    2.2.2 脉冲响应与系统矩阵的关系  23-24
    2.2.3 系统的最小实现  24-25
    2.2.4 模态参数识别  25-26
    2.2.5 结构模态与噪声模态的鉴别  26-27
  2.3 NExT/ERA法识别步骤  27
  2.4 NExT/ERA算法数值仿真  27-33
    2.4.1 简支梁模型  27-28
    2.4.2 测点的选择  28-30
    2.4.3 仿真数据分析  30-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章实验研究  34-42
  3.1 引言  34
  3.2 实验基本设备  34-36
  3.3 实验中应注意的问题  36
  3.4 实验设计及分析  36-41
    3.4.1 实验设计和实测数据  36-37
    3.4.2 理论计算  37-39
    3.4.3 利用NExT/ERA算法进行模态分析  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章地脉动激励下南京桥模态参数识别  42-59
  4.1 南京长江大桥概况  42
  4.2 南京联空间有限元模型的建立  42-45
    4.2.1 模拟各部分单元简介  43-44
    4.2.2 南京桥有限元模型结构参数的修正  44-45
  4.3 ANSYS结构动力学分析  45-51
    4.3.1 有限元模态分析  45-47
    4.3.2 有限元时程分析  47-51
  4.4 NExT/ERA算法仿真及数据分析  51-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章结论与展望  59-61
  5.1 结论  59
  5.2 展望  59-61
参考文献  61-66
致谢  66-67
攻读硕士学位期间发表的论文及主要的科研情况  67

环境激励下桥梁结构模态参数识别方法的研究

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