采用工作振動響應(yīng)的機械結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測方法的研究.pdf

1、目前，基于結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法一直是國內(nèi)外科研機構(gòu)研究的一個重要方向，且其中又以工作模態(tài)分析方法的研究最有價值。由于環(huán)境激勵下的模態(tài)分析方法只利用結(jié)構(gòu)工況下的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)進行在線分析，而不需要人工激勵設(shè)備對結(jié)構(gòu)進行激勵，所以該類方法的分析結(jié)果更符合結(jié)構(gòu)的工況邊界條件。因此，該類分析方法已經(jīng)在宇航、橋梁和機械制造等工程應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
　　 鑒于上述原因，本文主要對環(huán)境激勵下的隨機子空間識別法進行了探索性研究。在

2、該方法研究過程中，我們主要做了以下工作：
　　 ⑴本文以懸臂梁結(jié)構(gòu)為研究對象，利用有限元分析的方法對它們進行了理論模態(tài)分析，得出了它們的模態(tài)頻率和模態(tài)振型。從而為實驗分析提供了理論參考依據(jù)，并和利用隨機子空間識別法所得的實驗?zāi)B(tài)分析結(jié)果進行了對比分析，結(jié)果證明兩者的模態(tài)識別結(jié)果吻合良好。
　　 ⑵在前人研究的基礎(chǔ)上，本文對環(huán)境激勵下的隨機子空間識別法進行了深入的研究。隨機子空間識別法主要有協(xié)方差驅(qū)動隨機子空間識別法和數(shù)據(jù)

3、驅(qū)動隨機子空間識別法兩種算法，其中前者主要利用輸出協(xié)方差序列組成的Toeplitz矩陣塊，通過奇異值分解(SVD)得到系統(tǒng)的可觀矩陣和可控矩陣，然后利用它們來識別振動系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)(模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比和模態(tài)振型)；而后者則主要利用時域振動響應(yīng)數(shù)據(jù)組成的Hankel矩陣，通過矩陣的 QR分解減縮計算數(shù)據(jù)量，并依靠對投影矩陣的奇異值分解來消除噪聲的影響，然后利用最小二乘法等矩陣運算來識別出系統(tǒng)矩陣和輸出矩陣，最后利用求得的系統(tǒng)矩陣和輸出矩

4、陣識別出振動系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)(模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比和模態(tài)振型)。
　　 ⑶針對基于隨機子空間識別法的系統(tǒng)定階方法研究不足的狀況，本文進行了探索性研究。在文中，我們主要研究了基于隨機子空間識別法的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)圖定階法和系統(tǒng)奇異熵增量定階法，其中前者主要利用LMS Test.lab模態(tài)應(yīng)用分析軟件在線分析完成，而后者則主要通過matlab應(yīng)用程序來完成。結(jié)果表明兩種方法的系統(tǒng)定階結(jié)果吻合良好，且都比傳統(tǒng)的奇異值分解系統(tǒng)定階法更為可靠有效。

5、
　　 ⑷在和有限元分析的理論結(jié)果進行了對比之后，本文仍以上述的懸臂梁結(jié)構(gòu)為研究對象，通過一個隨機白噪聲激勵信號來模擬它在環(huán)境激勵下的工況，并分別利用隨機子空間識別法和Polymax(最小二乘復(fù)頻域法)兩種識別方法對它進行了在線模態(tài)分析，對比結(jié)果進一步證明了隨機子空間識別法的有效性和可靠性。
　　 綜上所述，本文利用有限元模態(tài)分析和Polymax模態(tài)分析的方法分別證明了隨機子空間識別法的有效性和可靠性。此外，在系統(tǒng)定階方