用于对结构执行模态分析的系统和方法技术方案

一种用于对结构执行模态分析的方法包括以下步骤：将所述结构分成多个层，每一个层具有个別形心；确定相对于所述多个层的个別形心的每一个层上的测试点的运动，其中所述测试点处于沿测试平面离开所述个別形心预定距离处；和处理每一个层上的所述测试点的运动以确定所述结构的模态响应。一种用于对结构执行模态分析的系统包括运动检测模块和用于执行所述方法的处理模块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于对结构执行模态分析的系统和方法，并且特别地(虽然不排他地)涉及用于确定建筑结构的振动的模态响应的系统和方法。
技术介绍
建筑结构可以根据各种要求诸如外观、结构强度、和与地理位置关联的其它因素等被建造。通过先进的技术，一些这些结构可以被布置在偶有挑战的位置，如接近地震区域建造的塔或可能经受海中的波浪的海上平台。为了分析这些结构的结构响应，可以执行模态分析以研究在振动下的结构特性。通过进一步研究模态分析结果，该结构可以基于该结构经受的这些挑战进行改良以避免被不同类型的振动造成严重的破坏。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种用于执行模态分析的方法，该方法包括以下步骤：将所述结构分成多个层，每一个层具有个別形心；确定相对于所述多个层的个別形心的每一个层上的测试点的运动，其中所述测试点处于沿测试平面离开所述个別形心预定距离处；和处理每一个层上的所述测试点的运动以确定所述结构的模态响应。在第一方面的实施例中，多个层的每一个上的测试点是单个测试点。在第一方面的实施例中，还包括以下步骤：确定所述结构的多个层的每一个上的所述测试点的多个瞬时振动方向。在第一方面的实施例中，确定多个瞬时振动方向的所述步骤包括处理所述多个层的每一个上的所述测试点中获得的所述模态响应的多个模态分量。在第一方面的实施例中，所述多个模态分量是同步的并且没有相位畸变。在第一方面的实施例中，通过应用线性/零相位滤波而获得所述多个模态分量。在第一方面的实施例中，还包括以下步骤：确定对应于所述多个层的每一个上的所述测试点的多个瞬时振动幅值。在第一方面的实施例中，通过将希尔伯特变换应用于所述多个模态分量的每一个而确定所述多个瞬时振动幅值。在第一方面的实施例中，还包括以下步骤：识别所述结构的运动的扭转模态和/或平动振动模态。在第一方面的实施例中，所述测试点的运动方向被描绘为角度，所述角度由相对于所述个別形心的预定参考方向和沿所述测试平面的所述测试点和相应的层的个別形心之间的最短距离限定。在第一方面的实施例中，当所述多个模态分量的至少一个的运动轨迹实现稳态的线性/弧形分布并且所述测试点的对应的瞬时振动方向等于所述角度或代表相对于作为中心值的所述角度的简谐振动，将所述结构的运动识别为扭转运动模态。在第一方面的实施例中，通过计算对应于所述多个层的每一个上的所述测试点的运动半径的线性响应，识别所述结构的运动的扭转模态，确定扭转持续时间和瞬时幅值信息。在第一方面的实施例中，还包括以下步骤：通过对应于所述多个层的每一个上的所述测试点的运动半径的每一个的所述模态响应的幅值描绘扭转振形的函数的幅值。在第一方面的实施例中，扭转振形的函数的幅值的符号代表与参考测试点和不同测试平面上的多个不同测试点关联的时程中的所述模态响应的关
联系数的符号。在第一方面的实施例中，还包括以下步骤：通过识别节点的数量而确定所述运动的扭转模态的阶次。在第一方面的实施例中，如果所述两个测试点包括时程中的模态响应的相反的相位或负的关联系数，则通过由沿相同方向的多个测试点的两个的相同阶次的模态分量代表的被识别的节点的求和，获得节点的数量。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于对结构执行模态分析的系统，该系统包括：运动检测模块，所述运动检测模块被布置为确定结构中的被分开的多个层的每一个上的测试点相对于所述多个层的每一个的个別形心的运动，其中所述测试点处于沿测试平面离开所述个別形心预定距离处；和处理模块，所述处理模块被布置为处理每一个层上的所述测试点的运动以确定所述结构的模态响应。在第二方面的实施例中，多个层的每一个上的测试点是单个测试点。在第二方面的实施例中，运动检测模块包括多轴拾振器。在第二方面的实施例中，所述运动检测模块包括相对彼此正交地构造的多个单轴拾振器。在第二方面的实施例中，所述运动检测模块包括多个检测器，每一个检测器布置在所述多个层的每一个上的所述测试点并且被布置为检测所述多个测试平面的每一个上的所述测试点的运动。在第二方面的实施例中，所述处理模块还被布置为确定所述结构的多个层的每一个上的所述测试点的多个瞬时振动方向。在第二方面的实施例中，所述处理模块被布置为基于处理所述多个层的每一个上的所述测试点中获得的所述模态响应的多个模态分量而确定所述多个瞬时振动方向。在第二方面的实施例中，所述多个模态分量是同步的并且没有相位畸
变。在第二方面的实施例中，所述处理模块被布置为施加线性/零相位滤波以便获得所述多个模态分量。在第二方面的实施例中，所述处理模块还被布置为确定对应于所述多个层的每一个上的所述测试点的多个瞬时振动幅值。在第二方面的实施例中，所述处理模块被布置为将希尔伯特变换应用于所述多个模态分量的每一个以便确定所述多个瞬时振动幅值。在第二方面的实施例中，所述处理模块还被布置为识别所述结构的运动的扭转模态和/或摆动模态。在第二方面的实施例中，所述测试点的运动方向被描绘为角度，所述角度由相对于所述个別形心的预定参考方向和沿所述测试平面的所述测试点和相应的层的个別形心之间的最短距离限定。在第二方面的实施例中，当所述多个模态分量的至少一个的运动轨迹实现稳态的线性/弧形分布并且所述测试点的对应的瞬时振动方向等于所述角度或代表相对于作为中心值的所述角度的简谐振动，所述处理模块被布置用于将所述结构的运动识别为扭转运动模态。在第二方面的实施例中，当所述结构的扭转运动模态被识别，所述处理模块还被布置为通过计算对应于所述多个层的每一个上的所述测试点的运动半径的线性响应而确定扭转持续时间和瞬时幅值信息。在第二方面的实施例中，扭转振形的函数的幅值代表对应于多个层的每一个上的测试点的运动半径的每一个的模态响应的幅值。在第二方面的实施例中，扭转振形的函数的幅值的符号代表与参考测试点和不同测试平面上的多个不同测试点关联的时程中的所述模态响应的关联系数的符号。在第二方面的实施例中，所述处理模块还被布置为通过识别节点的数量
而确定所述扭转运动模态的阶次。在第二方面的实施例中，如果所述两个测试点包括时程中的模态响应的相反的相位或负的关联系数，则通过由沿相同方向的多个测试点的两个的相同阶次的模态分量代表的被识别的节点的求和，获得节点的数量。在第二方面的实施例中，该结构包括建筑结构。附图说明现在将参考附图通过例子的方式描述本专利技术的实施例，其中：图1是根据本专利技术的一个实施例的用于对结构执行模态分析的系统的方块图；图2是示出测试平面上的图1的系统的运动检测模块的三维构造的图示；图3是示出图2中的多个测试平面上的图1的系统的多个运动检测模块的三维构造的图示；并且图4是流程图，该流程图示出根据本专利技术的一个实施例的用于对结构执行模态分析的方法的步骤。具体实施方式专利技术人通过他们自己的研究、试验和实验而发现测试和识别扭转振动模态的数种方式。例如，可以通过建立有限元模型(Finite Element Model,FEM)包括从模拟结果中获得扭转模态的振形和对应的预定频率，并且将从测试和通过模拟获得的频率结果作对比以识别振动模态。这个方法需要测试对象/结构的几何和物理信息，因此测试循环/周期是长的并且是昂贵的。此外，在测试和模拟结果之间存在相对大的偏差，因此该结果不适合于有效识别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对结构执行模态分析的方法，所述方法包括以下步骤：将所述结构分成多个层，每一个层具有个別形心；确定相对于所述多个层的个別形心的每一个层上的测试点的运动，其中所述测试点处于沿测试平面离开所述个別形心预定距离处；和处理每一个层上的所述测试点的运动以确定所述结构的模态响应。

【技术特征摘要】
2015.02.26 US 14/632,0871.一种用于对结构执行模态分析的方法，所述方法包括以下步骤：将所述结构分成多个层，每一个层具有个別形心；确定相对于所述多个层的个別形心的每一个层上的测试点的运动，其中所述测试点处于沿测试平面离开所述个別形心预定距离处；和处理每一个层上的所述测试点的运动以确定所述结构的模态响应。2.根据权利要求1的用于对结构执行模态分析的方法，其中所述多个层的每一个上的所述测试点是单个测试点。3.根据权利要求1的用于对结构执行模态分析的方法，还包括以下步骤：确定所述结构的多个层的每一个上的所述测试点的多个瞬时振动方向。4.根据权利要求3的用于对结构执行模态分析的方法，其中确定多个瞬时振动方向的所述步骤包括处理所述多个层的每一个上的所述测试点中获得的所述模态响应的多个模态分量。5.根据权利要求4的用于对结构执行模态分析的方法，其中所述多个模态分量是同步的并且没有相位畸变。6.根据权利要求4的用于对结构执行模态分析的方法，其中通过进行线性/零相位滤波而获得所述多个模态分量。7.根据权利要求4的用于对结构执行模态分析的方法，还包括以下步骤：确定对应于所述多个层的每一个上的所述测试点的多个瞬时振动幅值。8.根据权利要求7的用于对结构执行模态分析的方法，其中通过将希尔
\t伯特变换应用于所述多个模态分量的每一个而确定所述多个瞬时振动幅值。9.根据权利要求4的用于对结构执行模态分析的方法，还包括以下步骤：识别所述结构的运动的扭转模态和/或平动振动模态。10.根据权利要求9的用于对结构执行模态分析的方法，其中所述测试点的运动方向以角度表示，所述角度由相对于所述个別形心的预定参考方向和沿所述测试平面的所述测试点和相应的层的个別形心之间的最短距离限定。11.根据权利要求10的用于对结构执行模态分析的方法，当所述多个模态分量的至少一个的运动轨迹实现稳态的线性/弧形分布并且所述测试点的对应的瞬时振动方向等于所述角度或代表相对于作为中心值的所述角度的简谐振动，将所述结构的运动识别为扭转模态运动。12.根据权利要求11的用于对结构执行模态分析的方法，当识别所述结构的运动为扭转模态运动，通过计算对应于所述多个层的每一个上的所述测试点的运动半径的线性响应，确定扭转持续时间和瞬时幅值信息。13.根据权利要求12的用于对结构执行模态分析的方法，还包括以下步骤：通过对应于所述多个层的每一个上的所述测试点的运动半径的每一个的所述模态响应的幅值描绘扭转振形的函数的幅值。14.根据权利要求13的用于对结构执行模态分析的方法，其中扭转振形的函数的幅值的符号代表与参考测试点和不同测试平面上的多个不同测试点关联的时程中的所述模态响应的关联系数的符号。15.根据权利要求12的用于对结构执行模态分析的方法，还包括以下步骤：通过识别节点的数量而确定所述运动的扭转模态的阶次。16.根据权利要求15的用于对结构执行模态分析的方法，其中如果所述两个测试点包括时程中的模态响应的相反的相位或负的关联系数，则通过由沿相同方向的多个测试点的两个的相同阶次的模态分量代表的被识别的节点的求和，获得节点的数量。17.一种用于对结构执行模态分析的系统，所述系统包括：运动检测模块，所述运动检测模块被布置为确定结构中的被分开的多个层的每一个上的测试点相对于所述多个层的每一个的个別形心的运动，其中所述测试点处于沿测试平面离开所述个別形心预定距离处；和处理模块，所述处理模块被布置为处理每一个层上的所述测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：何运成，李秋胜，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81