一种面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励快速优化方法技术

本发明专利技术属于工程结构模态测试技术领域，公开了一种面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励快速优化方法。采用突卸荷载的方式施加阶跃激励，可使体量巨大的大跨屋盖结构产生自由衰减振动，以解决此类结构的激振难题。同时，对阶跃激励进行优化，可以主动控制参振模态，将大跨屋盖结构的密集模态识别问题转化为孤立模态识别问题，提高此类结构的模态识别精度。本发明专利技术基于简单数学模型和带边界约束最小二乘解法的阶跃激励快速优化方法。某Geiger索穹顶和某索—桅杆张力结构的实施例表明：与传统智能算法得到的优化结果比较接近，但前者计算效率远高于后者；基于快速优化的阶跃激励，能大幅提高大跨屋盖结构密集模态的识别精度。

A Fast Step Excitation Optimization Method for Modal Testing of Long-span Roof Structures

The invention belongs to the technical field of modal testing of Engineering structures, and discloses a fast optimization method of step excitation for modal testing of large-span roof structures. By applying step excitation by sudden unloading load, large-span roof structures with huge volume can generate free attenuated vibration to solve the problem of excitation of such structures. At the same time, optimization of step excitation can actively control the vibration modes, and transform the dense modal identification problem of large span roof structure into isolated modal identification problem, so as to improve the modal identification accuracy of such structure. The invention is based on a simple mathematical model and a step excitation fast optimization method with boundary constraint least square method. An example of a Geiger cable dome and a cable-mast tension structure shows that the optimization results obtained by the former are close to those obtained by the traditional intelligent algorithm, but the calculation efficiency of the former is much higher than that of the latter. Based on the step excitation of fast optimization, the identification accuracy of the dense modes of a large-span roof structure can be greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励快速优化方法
本专利技术属于工程结构模态测试
，尤其涉及一种面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励优化方法。
技术介绍
大跨屋盖结构的工程应用极为广泛，包含网架、网壳、索穹顶、索桁架、张弦梁、弦支穹顶等多种结构形式。此类结构一旦破坏，往往造成大量的人员伤亡与财产损失。因此，对已建的大跨屋盖结构进行健康监测以便及时判断结构的损伤显得尤为重要。动力测试法是一种常用的结构健康监测技术，在最近几十年被广泛研究和使用。其中，模态测试是动力测试的一个重要环节。一个完整的模态测试主要包括三个步骤：激励结构使其产生振动，然后采集结构振动的数据并加以处理，最后利用模态识别算法估计结构的频率和振型等模态参数。在模态测试中得到的模态参数识别值将用于结构的模型修正与损伤识别等后续工作。从某种意义上讲，模态测试的成功与否取决于模态识别的精度。然而，大跨屋盖结构的模态测试面临着诸多困难。首先，此类结构往往具有非常密集的模态。当采用传统的模态识别方法时，所识别的模态频率精度较高，但模态振型识别精度却极差。其次，此类结构的激振并非易事。大跨屋盖结构的体量非常巨大，动辄数十米甚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励快速优化方法，其特征在于，所述面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励快速优化方法包括以下步骤：步骤一，推导结构自由振动响应的模态贡献指标；步骤二，定义激发目标模态的模式向量，并设定目标模式向量；步骤三，建立产生阶跃激励的荷载分布与目标模式向量之间的显式数学关系，采用带边界约束最小二乘解法求解该优化问题。

【技术特征摘要】
1.一种面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励快速优化方法，其特征在于，所述面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励快速优化方法包括以下步骤：步骤一，推导结构自由振动响应的模态贡献指标；步骤二，定义激发目标模态的模式向量，并设定目标模式向量；步骤三，建立产生阶跃激励的荷载分布与目标模式向量之间的显式数学关系，采用带边界约束最小二乘解法求解该优化问题。2.如权利要求1所述的面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励快速优化方法，其特征在于，结构一般假定为粘性阻尼多自由度体系，在突卸荷载p后产生具有初始位移的自由振动响应式中：p为静力荷载向量；θj为结构的第j阶关于质量归一化后的模态振型；αj为p作用下的广义静力位移；ωj、ωdj和φj分别为模态j的无阻尼固有圆频率、阻尼比、阻尼固有圆频率和相位；广义静力位移αj具体表达为式中：ηj为结构第j阶模态特征值；可称作模态j的广义荷载；n为自由度数量。3.如权利要求1所述的面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励快速优化方法，其特征在于，激发目标模态的模式向量为式中：下标j表示第j阶模态；设定目标模式若则认为模态j-2～j+2之中，只有模态j对结构振动起贡献作用，而其他模态均无贡献；此时，模态j就被完全激发，不受其他模态干扰。4.如权利要求1所述的面向大跨屋盖结构模态测试的阶跃激励快速优化方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍晓顺，刘欣，徐思东，胡岳芳，左丽萍，马俊，陈剑毅，程金霞，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36