[发明专利]一种基于风致振动非平稳响应的结构阻尼比识别方法

说明书

本发明公开了一种基于风致振动非平稳响应的结构阻尼比识别方法，包括：提取风致振动的非平稳响应并做频谱分析，识别非平稳振动功率谱中能量最大的频率结果并采用其正负一定范围的带通滤波器对非平稳振动数据进行滤波，计算滤波后非平稳振动响应数据的上包络线，搜索上包络线的多个局部最大值并以最后一个局部最大值开始一定长度的上包络线确定最后一个下降段位置，计算滤波后非平稳振动最后一个下降段数据共轭频谱互谱密度的傅里叶逆变换，以此构造脉冲响应函数，采用欠阻尼单自由度系统指数衰减函数拟合归一化后的构造脉冲响应函数，拟合参数中的阻尼比拟合值即为识别结果。本发明方法实现标准化程度高、自动化潜力大的结构阻尼比在线智能识别。

技术领域

本发明涉及一种基于风致振动非平稳响应的结构阻尼比识别方法，属于结构智能监测、检测与评价领域。

背景技术

阻尼是工程结构抵抗振动的重要属性，而阻尼比是振动工程中描述结构阻尼属性的重要参数，阻尼比的识别是业界广泛关注的问题。然而，由于测试条件苛刻、识别结果变异性强、识别的自动化程度低，结构阻尼比的精准快速识别一直以来都没有很好地实现。随着测试、传输与计算机技术的发展，结构全寿命期的风致振动响应可以被实时的测量并处理。结构在服役风环境下的非平稳振动成为了识别阻尼比的天然数据来源，有效利用实时测量得到的风致振动非平稳响应进行结构的阻尼比识别，既使得测试数据能够被有效利用、又能帮助工程人员实时把握结构当前的动力性能，为结构的性能评价、振动控制和加固改造提供有效参考。

目前，结构工程领域内关于基于风致振动响应的结构阻尼比识别方法较少，而基于在线风致振动非平稳响应数据的结构阻尼比自动化识别方法更是鲜有所闻。常用的结构阻尼比识别方法有以下几种：(1)采用激振法，用力锤(对于小型结构)或重型车辆(对于大型结构)对结构进行脉冲激励，基于激励数据和激励后结构的响应数据进行频率响应函数的估算，并识别阻尼比，该方法需要清除周围环境对结构振动的影响，且需要同时测量激励数据和响应数据，应用条件苛刻；(2)采用自然激励法，基于环境风或车辆等结构服役荷载自然激励下的响应数据，构造估算脉冲响应函数，并识别阻尼比，该方法虽然免除了激励荷载的测量步骤，但是自然激励的变异强，且自然激励响应中振动幅值上升段中有持续的外部能量输入，导致识别的阻尼比不准确且存在较大的变异性，需要一套相对稳定的自动识别方法。综上所述，现有技术在理论上虽然能较有效的识别结构阻尼比，但是在实际操作中条件苛刻、准确度低、变异性强、自动化潜力不足。

因此，有必要研发一种方便、稳定、标准化程度高、自动化潜力大的结构阻尼比识别方法，以实现结构全寿命过程中的阻尼比在线智能识别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于风致振动非平稳响应的结构阻尼比识别方法，可以实现结构全寿命过程中的阻尼比自动化在线识别。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于风致振动非平稳响应的结构阻尼比识别方法，包括如下步骤：

步骤1，从加装于结构上的传感器中提取各风致振动的非平稳响应，对提取的非平稳振动响应数据进行频域功率谱分析，得到非平稳振动功率谱，识别非平稳振动功率谱中能量最大的频率结果，采用能量最大频率正负一定范围的带通滤波器对非平稳振动响应数据进行滤波；

步骤2，采用既定长度段区域最大值三次样条插值的方法计算滤波后非平稳振动响应数据的上包络线，搜索上包络线的固定份数等分段的最大值大于整个上包络线最大值固定比例的多个局部最大值，以最后一个局部最大值开始到一定长度后的终点的上包络线数据作为上包络线的最后一个下降段；

步骤3，根据上包络线的最后一个下降段位置确定相应位置滤波后非平稳振动的最后一个下降段数据，计算滤波后非平稳振动最后一个下降段数据的快速傅里叶变换结果并求其共轭复数，以两者乘积的快速傅里叶逆变换结果的前一半数据中的固定长度数据构造脉冲响应函数，并对构造的脉冲响应函数归一化；