彩色噪聲輸入下的場橋結構工作模態參數識別技術

張衛國，邱惠清，盧凱良，郝志永，劉園

(1.同濟大學機械與能源工程學院，上海 201804;2.上海海事大學物流工程學院，上海 201306)

0 引言

每一個結構都有其固有的模態參數，如固有頻率、模態振型和阻尼比等.只要能夠有效識別出結構的模態參數，就可以得到結構的動力學特性.

由于工程上很多大型設備(如橋梁、樓宇、起重設備等)體積龐大，難以使用傳統的人工激勵方法(即試驗模態分析(Experimental Modal Analysis，EMA)［1］)獲得此類結構的輸出響應，故比較理想的做法是僅通過結構的輸出響應識別結構的模態參數.該方法被稱為工作模態分析(Operational Modal Analysis，OMA))［2］.與 EMA 相比，OMA 有如下優點:無須激勵源;費用少;能在不損傷結構的情況下，進行在線安全監測和健康狀況檢測等.采用OMA對大型工程結構進行模態參數識別已經成為當今工程界的熱點和難點.在過去的幾十年中發展起來的OMA 方法有:環境激勵技術法(NEXT技術)［3］、自回歸滑動模型法(AMAM模型法)［4］和隨機子空間法［5］等.

應用OMA進行結構模態參數識別時基本都要以結構輸入為白噪聲的假設為前提，但實際的工程結構中理想的白噪聲輸入是不存在的(如岸橋結構等的風載及大車在不平順軌道上運行時受到的沖擊等，都是在一定頻帶上的類白噪聲輸入)，因此OMA的有效性將受到影響.

本文應用數值方法模擬實際結構經常承載的風譜及路譜載荷，并將其作為場橋結構的輸入載荷對有限元模型進行激勵，得到系統的輸出響應數據;采用平衡實現(Balance Realization，BR)法［5］對系統響應數……