基于车桥接触点响应和极点对称模态分解的桥梁模态参数识别研究

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本文基于现有车辆扫描法识别桥梁模态参数的不足,提出了应用极点对称模态分解从接触点响应中识别桥梁参数的方法。
  本文基于一定假设推导了车桥互制系统响应的理论解,尤其得到了获得接触点的实际计算公式。后文分别从模拟和试验来对比和验证了基于极点对称模态分解方法对识别桥梁模态参数的性能。紧接着,基于车桥系统有限元的推导,通过一个典型例子进行了两种信号(接触点和车辆加速度)的比较。一方面,对提出识别频率方法的验证,对比了两种方法(ESMD和EMD)识别桥频的特点;另一方面,提出新的构建桥梁模态方法并进行验证,对比了两种信号(接触点和车辆加速度)和两种方法(无ESMD处理和基于ESMD分解的本征模态函数)构建桥梁模态特点。为了进一步了解和验证提出的方法,使用编制的有限元程序(没有假设)来进行参数化模拟分析,分别考虑了有无伴随车流的桥梁表面粗糙度、车辆速度、环境噪音下桥梁频率识别的性能;有无伴随车流的桥梁表面粗糙度、车辆频率、桥梁阻尼下桥梁模态振型构建的性能。为了进一步验证提出方法的桥频识别实践性能,进行了一系列的现场试验,获得了非常有价值的结果。基于本研究,可以获得以下主要结论:
  ①伴随车流有利于抓取桥梁模态参数(频率和振型),因为它能产生较大的振动从桥梁传至车体,使得本征模态函数频谱图中桥频的峰值更加突出以便于识别;②因为桥梁不是太长,所以建议测量车速不宜保持太高以搜集足够的数据量确保恰当的精度,同时降低高阶桥频的偏移效应;
  ③选用不同频率车辆和不同阻尼桥梁的测量对象,使用极点对称模态分解(ESMD)构建的桥梁第一阶振型精度都较高;
  ④研究了多种环境效应及连续梁桥型的频率识别,且识别结果十分精确;
  ⑤系统对比了EMD和ESMD分解数据和抓取桥频的特点,ESMD在分解效率和降低模态混叠方面相对EMD均有较突出表现;
  ⑥现场试验证明使用ESMD从接触点响应中抓取包括高阶的桥梁频率是可靠的。
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