基于多参考点迭代摄影测量的工程结构模态参数识别方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多参考点迭代摄影测量的工程结构模态参数识别方法，属于测量计算领域。提出工程结构分段摄影测量的策略，基于推导的局部结构相对位移傅式谱与结构整体特征量之间的关系，提出根据局部工程结构的相对位移提取结构整体模态固有频率和振型的方法。使用动态摄影测量法来获得每个局部结构的相对位移响应，能够避免大量的传感器安装和布线工作；其次，根据推导的局部结构相对位移傅式谱与结构整体特征量之间的关系，提出根据局部工程结构的相对位移提取结构整体模态的方法。提出方法采用局部结构的相对位移提取工程结构的整体模态固有频率和振型，实现了工程结构的模态参数识别，提出方法更为便捷和经济。提出方法更为便捷和经济。提出方法更为便捷和经济。

【技术实现步骤摘要】
基于多参考点迭代摄影测量的工程结构模态参数识别方法


[0001]本专利技术属于测量计算领域，涉及基于多参考点迭代摄影测量的工程结构模态参数识别方法。

技术介绍

[0002]结构的模态参数可采用实验模态分析和工作模态分析方法得到。实验模态分析方法基于已知激励下的结构响应，进行模态参数的识别，尤其适用于实验室的小型结构。然而，对于实际工程结构，结构体量大，难以进行有效激振，故而基于环境激励下的结构响应进行模态参数识别的工作模态分析方法得到广泛应用，其具有更广的适用性和不妨碍结构正常运营的突出优势。
[0003]当前，工作模态分析方法主要利用加速度(速度/位移)传感器、应变传感器和线位移传感器等设备进行结构动力响应的测试，测试过程需要大量的传感器及其配套的采集传输设备，硬件成本高、仪器布置复杂和工作危险性高等诸多缺陷。因此，不需要现场布线的摄影测量技术得到广泛应用。然而，由于相机像素和焦距等因素的限制，镜头与待测物体之间的距离不能太远，否则易造成图像清晰度不高，故摄影测量通常只能进行工程结构各个局部动力响应的测试，摄影测量观测的局部性和结构整体特性提取之间存在着矛盾。因此，如何从单次摄影测量采集的局部结构响应中提取出结构的整体特征需要进一步研究。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于多参考点迭代摄影测量的工程结构模态参数识别方法。提出工程结构分段摄影测量的策略，基于推导的局部结构相对位移傅式谱与结构整体特征量之间的关系，提出根据局部工程结构的相对位移提取结构整体模态固有频率和振型的方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]基于多参考点迭代摄影测量的工程结构模态参数识别方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S1：首先将工程结构划分为n+1段，得到节点编号0,1,2,...,n+1，以相邻三个编号之间的部位为单个子结构，并以中间节点编号作为子结构编号；相邻两个子结构具有两个相同的节点；
[0008]S2：每次摄影测量时，对各部分结构单独进行测量，并提取相对位移δ
i,i
‑1,δ
i+1,i
‑1,δ
i+1,i
；
[0009]对于局部结构2，提取的相对位移为δ
2,1
,δ
3,1
,δ
3,2
；
[0010]第1个局部结构包含支座或约束，采用局部结构1测试得到的相对位移δ
1,0
,δ
2,0
用于识别工程结构的各阶固有频率；
[0011]第1个局部结构包含支座或约束，采用局部结构1测试得到的相对位移δ
1,0
,δ
2,0
即为工程结构的绝对位移，直接对δ
1,0
,δ
2,0
进行傅里叶变换，得到第r阶模态频率ωr处的傅里
叶变换分别为X
1(1)
(ω
r
)和X
2(1)
(ω
r
)；
[0012]S3：利用相对位移δ
i,i
‑1,δ
i+1,i
‑1,δ
i+1,i
，采用式(1)进行工程结构第3～第n个节点的第r阶模态频率ωr处的绝对位移傅里叶谱{X3,X4,...,X
n
}的估计：
[0013][0014]其中，ωr是工程结构的第r阶模态频率；i为节点号；n为除支座外的总节点号；X
1(1)
(ω
r
)和X
2(1)
(ω
r
)分别是局部结构Part1的节点1和节点2的傅里叶谱；X
3(1)
(ω
r
)，X
4(1)
(ω
r
)，...,X
n(1)
(ω
r
)分别是估计的工程结构绝对位移的傅里叶谱，采用式(1)依次取i＝2,3,...,n
‑
1进行迭代求解；式中的为局部结构Partk测量的节点i和节点i
‑
1之间相对位移δ
i,i
‑1的傅里叶谱；
[0015]S4：利用式(1)估计的绝对位移的傅里叶谱{X1,X2,...,X
n
}，构建功率谱矩阵，并进行奇异值分解，得到工程结构的第r阶模态频率ωr对应的振型，如式(2)；
[0016][0017][0018]式中，Q是功率谱估计采用的绝对位移的傅里叶谱{X1,X2,...,X
n
}的样本数；()*是变量的复共轭；U(ωr)＝[u1,u2,
···
,u
k
,
···
,u
n
]是左奇异矩阵，u
k
是第k个左奇异向量；V(ωr)＝[v1,v2,
···
,v
k
,
···
,v
n
]是右奇异矩阵，v
k
是第k个右奇异向量；R(ωr)＝diag(R1,R2,
···
,R
k
,
···
,Rn)是对角奇异值矩阵，R
k
是矩阵S(ωr)的第k个奇异值；基于第一左奇异向量u1，第r阶模态频率ωr对应的振型φ
r
表示为式(3)
[0019]φ
r
＝u1ꢀꢀꢀ
(3)。
[0020]本专利技术的有益效果在于：使用动态摄影测量法来获得每个局部结构的相对位移响应，能够避免大量的传感器安装和布线工作；其次，根据推导的局部结构相对位移傅式谱与结构整体特征量之间的关系，提出根据局部工程结构的相对位移提取结构整体模态的方法。提出方法采用局部结构的相对位移提取工程结构的整体模态固有频率和振型，实现了工程结构的模态参数识别，提出方法更为便捷和经济。
[0021]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0023]图1为工程结构分段摄影测量；
[0024]图2为本专利技术流程图。
具体实施方式
[0025]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多参考点迭代摄影测量的工程结构模态参数识别方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：首先将工程结构划分为n+1段，得到节点编号0,1,2,...,n+1，以相邻三个编号之间的部位为单个子结构，并以中间节点编号作为子结构编号；相邻两个子结构具有两个相同的节点；S2：每次摄影测量时，对各部分结构单独进行测量，并提取相对位移δ
i,i
‑1,δ
i+1,i
‑1,δ
i+1,i
；对于局部结构2，提取的相对位移为δ
2,1
,δ
3,1
,δ
3,2
；第1个局部结构包含支座或约束，采用局部结构1测试得到的相对位移δ
1,0
,δ
2,0
用于识别工程结构的各阶固有频率；第1个局部结构包含支座或约束，采用局部结构1测试得到的相对位移δ
1,0
,δ
2,0
即为工程结构的绝对位移，直接对δ
1,0
,δ
2,0
进行傅里叶变换，得到第r阶模态频率ωr处的傅里叶变换分别为X
1(1)
(ω
r
)和X
2(1)
(ω
r
)；S3：利用相对位移δ
i,i
‑1,δ
i+1,i
‑1,δ
i+1,i
，采用式(1)进行工程结构第3～第n个节点的第r阶模态频率ωr处的绝对位移傅里叶谱{X3,X4,...,X
n
}的估计：其中，ωr是工程结构的第r阶模态频率；i为节点号；n为除支座外的总节点号；X
1(1)
(ω
r
)和X
2(1)
(ω
r
)分别是局...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗钧，刘明勋，毛更晨，王丽萍，刘东升，
申请(专利权)人：重庆致锐远交通工程技术咨询有限公司重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：