【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于工程結構非線性頻率及振型系數識別，具體的為一種基于滑動窗功率譜和polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法。
技術介紹
1、工程結構普遍存在著非線性行為，導致工程結構的模態參數是時變的。比如，橋梁中的螺栓、間隙和邊界等在承載過程中的相互作用將引起非線性行為；又比如工程結構在地震動等作用下，工程結構存在著由完好結構到損傷結構的轉變，且損傷部位和損傷程度不斷變化，故在整個地震動作用過程中，工程結構的模態參數將隨荷載作用進程隨之發生變化。然而，工程結構的時變模態參數的識別方法尚不成熟，現有研究仍存在著一定的不足。
2、現有的時變模態參數分析方法大致可分為三類，即時域法、時頻域法和聯合方法。時域法主要通過帶時變系數的時間序列模型進行工程結構動力響應的等效模型建立，并通過時變模型系數提取工程結構的時變模態參數；時頻域法首先對結構的響應信號進行小波變換，并利用小波變換的模極大值進行工程結構時變頻率的識別，利用小波系數歸一化得到結構的時變振型；聯合方法首先將工程結構的響應信號進行時頻分解，將多自由度線性時變系統響應分解為多個單模態響應，再結合時變自回歸模型進行時變模態參數的提取。
3、現有方法能夠在一定條件下實現時變頻率和振型的識別，但上述方法涉及時變自回歸模型的數學模型建立，存在著模型階次選取缺乏客觀準則，以及數學模型過擬合的突出問題；而時頻分解法存在著基函數類型及參數選取的問題，同時對于密集頻率和大阻尼的情況尚待驗證。另外，polymax方法已被廣泛證實不僅能夠用于常規情況下的模態參數識別，也能
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種基于滑動窗功率譜和polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，能夠有效發揮polymax在常規情況、大阻尼和密集模態分析中的突出優勢，且能夠克服現有方法在分析參數選取和模型過擬合方面的不足。
2、為達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種基于滑動窗功率譜和polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，包括如下步驟：
4、步驟一：測試得到工程結構的加速度響應；
5、步驟二：計算工程結構加速度響應信號中各時刻信號的自功率譜和互功率譜；
6、步驟三：對每一個瞬時，利用一定長度的滑動窗選取特定時間段的瞬時功率譜函數；
7、步驟四：計算得到選取時間段范圍內的瞬時功率譜函數的均值功率譜函數；
8、步驟五：將均值功率譜函數作為polymax的輸入，結合穩定圖和聚類分析，得到瞬時模態頻率和振型系數。
9、進一步，所述步驟一中，采用加速度傳感器測試工程結構的加速度響應；或者，采用位移傳感器測試得到工程結構的位移響應，再對位移響應進行二次微分，得到工程結構的加速度響應。
10、進一步，所述步驟二中，對于一個具有n個測點的工程結構，第i個測點在第tk個瞬時的自功率譜函數表示為：
11、
12、第i和j測點在第tk個瞬時的互功率譜函數表示為：
13、
14、其中：xi(ω,tk)表示第i個測點信號在tk個瞬時的傅里葉譜函數；表示xi(ω,tk)函數的共軛。
15、進一步，所述步驟三中，設定好滑動窗的長度，以當前瞬時為滑動窗的中點，選取滑動窗范圍內的時間點，實現特定時間段的瞬時功率譜函數框選。
16、進一步，所述步驟四中，均值功率譜函數表示為：
17、
18、其中：表示第i和j測點信號在tk個瞬時的均值功率譜互譜函數；l為滑動窗長度。
19、所述步驟五中，將第tk個瞬時的均值功率譜函數作為polymax的輸入，結合穩定圖和聚類分析，得到第tk個瞬時的模態頻率和振型系數。
20、本專利技術的有益效果在于：
21、本專利技術基于滑動窗功率譜和polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，首先將工程結構的加速度響應進行瞬時功率譜分析，然后，對每一個瞬時，利用一定長度的滑動窗去選取特定時間段的瞬時功率譜函數，進而計算得到該范圍內瞬時功率譜函數的均值功率譜函數，再將該均值功率譜函數作為polymax的輸入，并結合穩定圖和聚類分析方法，自動化的拾取出工程結構在當前瞬時的頻率和振型系數。本專利技術方法能夠有效發揮polymax在常規情況、大阻尼和密集模態分析中的突出優勢，且能夠克服現有方法在分析參數選取和模型過擬合方面的不足。
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1.一種基于滑動窗功率譜和Polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述基于滑動窗功率譜和Polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，其特征在于：所述步驟一中，采用加速度傳感器測試工程結構的加速度響應；或者，采用位移傳感器測試得到工程結構的位移響應，再對位移響應進行二次微分，得到工程結構的加速度響應。
3.根據權利要求1所述基于滑動窗功率譜和Polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，其特征在于：所述步驟二中，對于一個具有n個測點的工程結構，第i個測點在第tk個瞬時的自功率譜函數表示為：
4.根據權利要求1所述基于滑動窗功率譜和Polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，其特征在于：所述步驟三中，設定好滑動窗的長度，以當前瞬時為滑動窗的中點，選取滑動窗范圍內的時間點，實現特定時間段的瞬時功率譜函數框選。
5.根據權利要求1所述基于滑動窗功率譜和Polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，其特征在于：所述步驟四中，均值功率譜函數表示為：
6.根據
...【技術特征摘要】
1.一種基于滑動窗功率譜和polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述基于滑動窗功率譜和polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，其特征在于：所述步驟一中，采用加速度傳感器測試工程結構的加速度響應；或者，采用位移傳感器測試得到工程結構的位移響應，再對位移響應進行二次微分，得到工程結構的加速度響應。
3.根據權利要求1所述基于滑動窗功率譜和polymax的非線性結構頻率及振型系數識別方法，其特征在于：所述步驟二中，對于一個具有n個測點的工程結構，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜駒，李勇，任杰，張攀，熊軍，韓正，羅勇，方兵，陳根，余明，李建黨，
申請(專利權)人：中鐵十一局集團第五工程有限公司，
類型：發明
國別省市：
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