專利名稱：非傳統(tǒng)阻尼矩陣識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)海洋工程結(jié)構(gòu)物的非傳統(tǒng)阻尼矩陣識(shí)別方法，特別涉及一種僅利用 少數(shù)低階實(shí)測(cè)復(fù)模態(tài)的非傳統(tǒng)阻尼矩陣識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
海洋平臺(tái)等大型工程結(jié)構(gòu)在其服役期間都會(huì)表現(xiàn)出某種程度的能量耗散，只要涉 及結(jié)構(gòu)的能量耗散，阻尼在結(jié)構(gòu)的響應(yīng)過程中就起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)意義上講，這種 能量耗散歸因于結(jié)構(gòu)固有的阻尼，材料、連接與非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的內(nèi)部摩擦是影響結(jié)構(gòu)阻尼 的重要因素。為便于數(shù)學(xué)處理，通常假定阻尼矩陣是質(zhì)量矩陣與剛度矩陣的線性組合，即常 用的“比例阻尼”模型，然而這種模型將導(dǎo)致系統(tǒng)的頻率和振型皆為實(shí)數(shù)。實(shí)際上，真實(shí)的 振動(dòng)系統(tǒng)并不一定表現(xiàn)出這一性質(zhì)。非傳統(tǒng)阻尼模型才是更普遍的現(xiàn)象，較比例阻尼模型 更符合工程問題的本質(zhì)特性。該模型的特點(diǎn)是阻尼矩陣無法被結(jié)構(gòu)的無阻尼振型解耦，在 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致復(fù)振型。目前工程上比較廣泛接受的一種非傳統(tǒng)阻尼 模型是1992年由美國國家地震研究中心的Liang博士等人提出的。Liang等人認(rèn)為系統(tǒng)的 阻尼矩陣可以表達(dá)為一個(gè)對(duì)角陣和比例阻尼矩陣之和，然而對(duì)角陣選取的合理與否直接影 響度該模型的精度。Lancaster (1961)提出了利用結(jié)構(gòu)的特征值和特征向量直接計(jì)算結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩 陣、剛度矩陣及阻尼矩陣的方法。這種方法只適用于粘滯阻尼體系，并且需要一種特別的關(guān) 于質(zhì)量矩陣與阻尼矩陣的歸一方法。就如Lancaster說的那樣，該方法的不足之處在于需 要對(duì)振型歸一化，但是現(xiàn)有的測(cè)試方法還無法獲得歸一化后的振型，從而限制了該方法的
進(jìn)一步應(yīng)用。Hasselman (1972)研究了兩種阻尼形式，即比例阻尼與非比例阻尼形式。該方法通 過確定加速度信號(hào)的一致部分與積分部分的相位差，進(jìn)而構(gòu)造阻尼矩陣的非對(duì)角線元素。 但是，該方法只有在測(cè)試數(shù)據(jù)無噪聲時(shí)才能成立。Beliveau(1976)利用結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼比、振型及相位角進(jìn)行阻尼矩陣的識(shí) 別。該方法用到了貝葉斯與牛頓拉普拉斯理論，通過逐步迭代獲得阻尼矩陣。對(duì)每一個(gè)特 征向量，該方法要求解η階線性方程，從而降低了該方法的有效性。同時(shí)，該方法雖然可考 慮參數(shù)的不確定性，但并不意味著能獲得比較理想的結(jié)果。Ibrahim(1983)假定已知結(jié)構(gòu)的有限元模型以及實(shí)測(cè)復(fù)模態(tài)。在此基礎(chǔ)上將振型 進(jìn)行質(zhì)量歸一化。該方法可應(yīng)用于較多自由度的體系，但是該方法只能對(duì)實(shí)測(cè)位置處單元 的阻尼矩陣進(jìn)行識(shí)別。Fabunmi, Chang與VorWald(1988)提出了在頻域內(nèi)利用強(qiáng)迫振動(dòng)信息進(jìn)行阻尼矩 陣識(shí)別的技術(shù)。其前提是已知結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣以及頻率響應(yīng)。雖然應(yīng)用這種方 法獲得的阻尼矩陣能夠在一定程度上重現(xiàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，但是往往很難獲得與真實(shí)阻尼矩陣完 全一致的阻尼估計(jì)矩陣。Minas與Inman(1991)假定質(zhì)量矩陣與剛度矩陣從有限元模型獲得，特征值與特征向量由試驗(yàn)測(cè)試獲得。求解阻尼體系的特征方程重可獲得結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣。但是，該方 法僅限于對(duì)稱的正定阻尼矩陣形式。Chen, Ju與Tsuei (1996)用頻域信息估計(jì)結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣。該方法雖然可考慮噪 聲影響，但必須在多個(gè)頻率處進(jìn)行求解。Gaylard(1996)用質(zhì)量做為權(quán)函數(shù)提出了阻尼矩陣識(shí)別的確定性方法。該方法是 一種時(shí)域方法，計(jì)算工作量大，同時(shí)要用到卷積。他們的算例表明，在阻尼矩陣識(shí)別的迭代 過程中，用識(shí)別后的質(zhì)量矩陣代替真實(shí)的質(zhì)量矩陣能顯著降低阻尼矩陣識(shí)別時(shí)的魯棒性。 從另一個(gè)算例也可以看出，該方法只有在瑞利阻尼時(shí)才能獲得較好的結(jié)果。Srikantha(2007)對(duì)現(xiàn)有頻域阻尼識(shí)別方法進(jìn)行了總結(jié)，將現(xiàn)有方法分為三類 矩陣方法，模態(tài)方法及改進(jìn)方法，并用四個(gè)不同的算例進(jìn)行對(duì)文中所列方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行 了對(duì)比。George (2009)在前期研究的基礎(chǔ)上將模態(tài)阻尼識(shí)別模型從傳統(tǒng)阻尼形式推廣到 了非傳統(tǒng)阻尼形式。但他們的模型針對(duì)的是線性框架結(jié)構(gòu)，而且其識(shí)別結(jié)果為模態(tài)阻尼比。上述方法一方面需要較高階的實(shí)測(cè)振型，另一方面對(duì)實(shí)測(cè)振型的歸一化、變量矩 陣的選擇也提出了較高的要求，而這些條件又是實(shí)際工程應(yīng)用中無法完全提供的，從而限 制了進(jìn)一步工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種僅利用少數(shù)低階實(shí)測(cè)復(fù)模態(tài)的非傳統(tǒng)阻尼矩陣識(shí)別方法，該方法 所涉及的變量矩陣形式、數(shù)值具有通用性，并且實(shí)測(cè)模態(tài)無需質(zhì)量歸一化處理。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明非傳統(tǒng)阻尼矩陣識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步 驟A、建立結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值模型，獲取擬識(shí)別結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣Mt與剛度矩陣Kt，以結(jié) 構(gòu)的阻尼矩陣Ct為待識(shí)別項(xiàng)；B、選取標(biāo)準(zhǔn)基向量Wi，其中i代表結(jié)構(gòu)的模態(tài)階次，并將質(zhì)量矩陣Mt、剛度矩陣Kt 及標(biāo)準(zhǔn)基向量Wi數(shù)據(jù)存儲(chǔ)入專用存儲(chǔ)器中；C、利用傳感器獲取結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)；D、利用模態(tài)參數(shù)識(shí)別技術(shù)得到模態(tài)參數(shù)λ j, Oj,同時(shí)將其存儲(chǔ)入所述專用存儲(chǔ)器 中；E、確定初始單元矩陣分布形態(tài)及初始值Cetl ；F、阻尼矩陣識(shí)別F1、從所述專用存儲(chǔ)器中讀取上述步驟B、D中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，即Wi、Mt、Kt、Aj., Oj ；F2、構(gòu)造線性方程組，將Ct引入方程組中，通過求解該方程組獲得新的估計(jì)阻尼矩 陣C，使C盡可能的逼近Ct;進(jìn)一步地，所述F2步驟中包括如下步驟F21、結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)及模態(tài)參數(shù)提取利用傳感器測(cè)試實(shí)際結(jié)構(gòu)，并提取模態(tài)頻率f、模態(tài)振型Φ及模態(tài)阻尼系數(shù)ξ，其
F22、構(gòu)造線性方程組+ λ ω]θ.ιΦ + λ^ω]Μ(Φ 二 0 ；F23、建立非傳統(tǒng)阻尼矩陣Ct與初始阻尼矩陣Ctl的關(guān)系， 其中Ne為系統(tǒng)的單元數(shù)量；α ρ為修正系數(shù)；并且ρ = 1,2, -,NeXNc,Nc為子矩 陣Cu的個(gè)數(shù)fu為第1個(gè)單元的第k個(gè)在整體坐標(biāo)系下的子矩陣；F23、根據(jù)上述F21及F22步驟獲取估計(jì)阻尼矩陣 其中中第ρ個(gè)元素。進(jìn)一步地，所述E步驟中，當(dāng)Cetl的分布形態(tài)完全未知，三維結(jié)構(gòu)可假定為12X12 的無非零元素的矩陣，二維、一維結(jié)構(gòu)分別假定為12X12、6X6的無非零元素的矩陣；當(dāng)Cetl 的分布形態(tài)已知或部分已知時(shí)，只需關(guān)心非零元素。進(jìn)一步地，所述E步驟中，確定Cetl初始值時(shí)，當(dāng)有參考數(shù)據(jù)時(shí)取參考值，當(dāng)無參考 數(shù)據(jù)時(shí)可假定初始值為常數(shù)。進(jìn)一步地，所述B步驟中i < =結(jié)構(gòu)的總自由度數(shù)目。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1)本發(fā)明可識(shí)別非傳統(tǒng)阻尼形式的阻尼矩陣，較現(xiàn)有技術(shù)而言，所需實(shí)測(cè)模態(tài)階 數(shù)更少，并且實(shí)測(cè)模態(tài)可以是復(fù)數(shù)的形式，與現(xiàn)有某些技術(shù)的明顯區(qū)別在于無需實(shí)數(shù)化的 近似處理；2)本發(fā)明以初始單元阻尼矩陣Cetl作為變量矩陣，較現(xiàn)有技術(shù)而言，該變量矩陣的 分布形態(tài)、數(shù)值可根據(jù)實(shí)際情況變化。即使在Cetl完全未知的情況下，可選用常規(guī)的矩陣(如 單位陣等)來替代，具有通用性；3)本發(fā)明亦可識(shí)別結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)阻尼系數(shù) 的跳躍式識(shí)別，如當(dāng)只測(cè)得結(jié)構(gòu)的第三階模態(tài)而無第一、第二階模態(tài)時(shí)，應(yīng)用本發(fā)明可正確 識(shí)別出實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)第三階阻尼系數(shù)。同時(shí)，隨著實(shí)測(cè)模態(tài)階數(shù)的增多，更高階的未測(cè)出的阻 尼系數(shù)其識(shí)別精度也會(huì)提高；總之，對(duì)于如海洋平臺(tái)等大型結(jié)構(gòu)，借助動(dòng)力測(cè)試數(shù)據(jù)獲得該結(jié)構(gòu)的所有模態(tài)是 不可能實(shí)現(xiàn)的，尤其對(duì)于環(huán)境激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試問題，而本發(fā)明中所需要的數(shù)據(jù) 為無需質(zhì)量歸一化的少數(shù)低階復(fù)模態(tài)，因此，可以進(jìn)行環(huán)境激勵(lì)下的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)非傳統(tǒng) 阻尼矩陣的識(shí)別，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1 本發(fā)明的導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)有限元模型圖；圖2 導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的真實(shí)阻尼矩陣；圖3 利用前2階實(shí)測(cè)模態(tài)識(shí)別的阻尼矩陣與真實(shí)阻尼矩陣對(duì)比圖；圖4 利用前3階實(shí)測(cè)模態(tài)識(shí)別的阻尼矩陣與真實(shí)阻尼矩陣對(duì)比圖；表1 導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的前10階阻尼比；表2 利用前2階實(shí)測(cè)模態(tài)識(shí)別的前10階識(shí)別阻尼比與真實(shí)阻尼比；表3 利用前3階實(shí)測(cè)模態(tài)識(shí)別的前10階識(shí)別阻尼比與真實(shí)阻尼比。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在本算例中的體現(xiàn)為1)平臺(tái)結(jié)構(gòu)單元阻尼矩陣分布形態(tài)完 全未知；2)只有低階模態(tài)信息測(cè)得，本例取前三階；3)實(shí)測(cè)振型無需歸一化、配對(duì)等問題， 無需實(shí)數(shù)化近似處理。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。一，具體算法a)建立結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值模型，獲取擬識(shí)別結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣Mt與剛度矩陣Kt，以結(jié) 構(gòu)的阻尼矩陣Ct為待識(shí)別項(xiàng)；b)選取標(biāo)準(zhǔn)基向量Wi，i代表結(jié)構(gòu)的模態(tài)階次，并且i < =結(jié)構(gòu)的總自由度數(shù)目，
ο]
如對(duì)于一個(gè)5自由度的結(jié)構(gòu)，辟=
；然后將質(zhì)量矩陣Mt、剛度矩陣Kt及標(biāo)準(zhǔn)基向量Wi數(shù)
據(jù)存儲(chǔ)入專用存儲(chǔ)器中。這樣處理的優(yōu)勢(shì)在于標(biāo)準(zhǔn)基向量Wi來源于數(shù)學(xué)概念，形式、數(shù)值 相對(duì)固定，后期的方程構(gòu)造更具普適性；c)獲取結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)，其或是加速度，和/或是速度，和/或是位移。d)利用模態(tài)參數(shù)識(shí)別技術(shù)得到模態(tài)參數(shù)λ ” Φρ其中λ ” Oj均為復(fù)數(shù)形式，無 需進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，同時(shí)將其存儲(chǔ)入所述專用存儲(chǔ)器中；e)變量矩陣選取以初始單元阻尼矩陣Cetl作為變量矩陣。①Cetl分布形態(tài)確定當(dāng)Cetl的分布形態(tài)完全未知，三維結(jié)構(gòu)可假定為12X12的無非零元素的矩陣，二 維、一維結(jié)構(gòu)分別假定為12X12、6X6的無非零元素的矩陣；當(dāng)Ce0的分布形態(tài)已知或部分 已知時(shí)，只需關(guān)心非零元素，相對(duì)于分布形態(tài)完全未知的情況，需修正的未知數(shù)數(shù)目得到降 低，但可看做分布形態(tài)完全未知情況的特例。
②Cetl初始值的確定當(dāng)有參考數(shù)據(jù)時(shí)取參考值，該參考值可來源于傳統(tǒng)阻尼模型；當(dāng)無參考數(shù)據(jù)時(shí)可 假定初始值為常數(shù)(如取為1)。這樣處理的優(yōu)勢(shì)在于①Cetl的分布形態(tài)可根據(jù)實(shí)際情況變化，能夠更好的反映結(jié) 構(gòu)的實(shí)際阻尼分布特性；②變量矩陣的選取更具通用性，可應(yīng)用現(xiàn)有研究資料提供一個(gè)初 始單元阻尼矩陣Cf即使無此條件時(shí)亦可采用常數(shù)陣來替代，工程應(yīng)用前景好。f)阻尼矩陣識(shí)別①從專用存儲(chǔ)器中讀取上述步驟a)、b)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，S卩Mt、Kt、ω,；②結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)及模態(tài)參數(shù)提取借助傳感器測(cè)試實(shí)際結(jié)構(gòu)，利用模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法提取模態(tài)頻率f、模態(tài)振型Φ 及模態(tài)阻尼系數(shù)ξ，其中乂 =^xl80/(2;r)。③構(gòu)造線性方程組ω7Τ Φ;. + λ ω]€ιΦ + λ^ω^Φ, = 0，假設(shè)可構(gòu)造Nm個(gè)，其
中Nm = NiXNj,并且 為所取標(biāo)準(zhǔn)基向量的個(gè)數(shù)，Ni為實(shí)測(cè)模態(tài)的階數(shù)。④建立非傳統(tǒng)阻尼矩陣Ct與初始阻尼矩陣Ctl的關(guān)系，即非傳統(tǒng)阻尼矩陣Ct認(rèn)為 是對(duì)初始阻尼矩陣Ctl修正的結(jié)果，
NeC0-^C7
/二ι 其中Ne為系統(tǒng)的單元數(shù)量；α ρ為修正系數(shù)；并且ρ = 1,2, -,NeXNc,Nc為子矩 陣Cu的個(gè)數(shù)fu為第1個(gè)單元的第k個(gè)在整體坐標(biāo)系下的子矩陣。⑤將步驟④帶入步驟③，得 其中
t τ M = M Φ
j'j t I
^ji = ^Jc0O,.
K]. = ωτΚ.Φ.
J1J t ι與
cIji = ⑦步驟⑥寫成矩陣的形式 其中C1"為NmX (NeXn)復(fù)矩陣；α為NeXn的列向量；f卞為Nm維的列向量。⑧復(fù)數(shù)矩陣轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)數(shù)矩陣，寫成統(tǒng)一的形式分別用Re (ζ)與Im(z)記為復(fù)數(shù)ζ的實(shí)部和虛部，則可將步驟⑥轉(zhuǎn)變?yōu)镚c = d其中,
巧為廣義逆矩陣。⑩估計(jì)阻尼矩陣 的獲取 其中中第ρ個(gè)元素。二、三維海洋平臺(tái)應(yīng)用實(shí)施例1、以四腿導(dǎo)管架平臺(tái)模型進(jìn)行研究，見圖1。該模型共有40個(gè)管單元組成，其中 4根平臺(tái)腿離散為20個(gè)單元。所用材料的楊氏模量為2. 1 X IO11Pa,泊松比為0. 3，密度為 7860Kg/m3,即單位長度的質(zhì)量為9. 825Kg/m。為構(gòu)造非傳統(tǒng)阻尼矩陣，首先假定該平臺(tái)模型Cn= IO-5Kn，然后令真實(shí)阻尼矩陣， 即非傳統(tǒng)阻尼矩陣為Ct= YnCn，并且參數(shù)Yn服從均值為0方差為4. 5的高斯分布。真實(shí) 阻尼矩陣Ct見圖2，導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的前10階阻尼比見表1。表1導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的前10階阻尼比 2、初始阻尼矩陣分布形態(tài)及初始值因初始單元阻尼矩陣未知，假定其具有與單元?jiǎng)偠染仃囈恢碌姆植夹螒B(tài)，又因其 初始值也未知，故假定各元素均為常數(shù)1。因此，各單元初始阻尼矩陣為 3、標(biāo)準(zhǔn)基向量的選取平臺(tái)模型共離散為40個(gè)單元，即Ne = 40 ’總自由度數(shù)為120，理論上標(biāo)準(zhǔn)基向量 可取120個(gè)，具體數(shù)目可根據(jù)需修正未知數(shù)的個(gè)數(shù)確定，本例取120個(gè)。4、阻尼矩陣識(shí)別假定只有前兩階模態(tài)能夠測(cè)得，即Ni = 2，識(shí)別后的阻尼矩陣與真實(shí)阻尼矩陣對(duì) 比見圖3，阻尼比的對(duì)比情況見表2。表2利用前2階實(shí)測(cè)模態(tài)識(shí)別的前10階識(shí)別阻尼比與真實(shí)阻尼比 表2說明在初始單元阻尼矩陣未知且只有前2階模態(tài)信息時(shí)，應(yīng)用本發(fā)明后實(shí)測(cè) 模態(tài)的前兩階阻尼比均可得到很好的估計(jì)。圖3表明，估算的阻尼矩陣亡與真實(shí)阻尼矩陣Ct 在分布形態(tài)上是一致的，保證了真實(shí)阻尼矩陣的非傳統(tǒng)阻尼分布特性，同時(shí) 在數(shù)值上也比 較接近Ct，證明非傳統(tǒng)阻尼矩陣的識(shí)別結(jié)果也比較好。當(dāng)?shù)?階模態(tài)亦可測(cè)得時(shí)，即前三階模態(tài)均可測(cè)得時(shí)，本工況主要研究隨著模態(tài) 階次的增加，本發(fā)明的識(shí)別精度是否能夠得到提高。應(yīng)用本發(fā)明，識(shí)別后的阻尼矩陣與真實(shí) 阻尼矩陣對(duì)比見圖4，阻尼比的對(duì)比情況見表3。表3利用前3階實(shí)測(cè)模態(tài)識(shí)別的前10階識(shí)別阻尼比與真實(shí)阻尼比 表3表明，本發(fā)明不僅可以準(zhǔn)確估計(jì)實(shí)測(cè)模態(tài)阻尼系數(shù)，同時(shí)，隨著實(shí)測(cè)模態(tài)階次 的增加，未測(cè)出的模態(tài)阻尼系數(shù)其識(shí)別精度也會(huì)提高。圖4也說明非傳統(tǒng)阻尼矩陣整體識(shí) 別精度得到提高?？傊憷浞肿C明本發(fā)明在只有少數(shù)低階實(shí)測(cè)復(fù)模態(tài)時(shí)即可比較準(zhǔn)確的識(shí)別出 結(jié)構(gòu)的非傳統(tǒng)阻尼分布特性，并且能夠以矩陣的形式表示。
最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡 管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然 可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精 神和范圍。
權(quán)利要求
非傳統(tǒng)阻尼矩陣識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟A、建立結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值模型，獲取擬識(shí)別結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣Mt與剛度矩陣Kt，以結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣Ct為待識(shí)別項(xiàng)；B、選取標(biāo)準(zhǔn)基向量wi，其中i代表結(jié)構(gòu)的模態(tài)階次，并將質(zhì)量矩陣Mt、剛度矩陣Kt及標(biāo)準(zhǔn)基向量wi數(shù)據(jù)存儲(chǔ)入專用存儲(chǔ)器中；C、利用傳感器獲取結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)；D、利用模態(tài)參數(shù)識(shí)別技術(shù)得到模態(tài)參數(shù)λj、Φj，同時(shí)將其存儲(chǔ)入所述專用存儲(chǔ)器中；E、確定初始單元矩陣分布形態(tài)及初始值Ce0；F、阻尼矩陣識(shí)別F1、從所述專用存儲(chǔ)器中讀取上述步驟B、D中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，即wi、Mt、Kt、λj、Φj；F2、構(gòu)造線性方程組，將Ct引入方程組中，通過求解該方程組獲得新的估計(jì)阻尼矩陣使盡可能的逼近Ct；FSA00000216216200011.tif,FSA00000216216200012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非傳統(tǒng)阻尼矩陣識(shí)別方法，其特征在于，所述F2步驟中包括 如下步驟F21、結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)及模態(tài)參數(shù)提取利用傳感器測(cè)試實(shí)際結(jié)構(gòu)，并提取模態(tài)頻率f、模態(tài)振型Φ及模態(tài)阻尼系數(shù)ξ，其中 f^fI1 XlSO/(2π) ·,F22、構(gòu)造線性方程組 ^tKA,. +λιω]€ Φ +Xfm1jM^i 二 O ；F23、建立非傳統(tǒng)阻尼矩陣Ct與初始阻尼矩陣Ctl的關(guān)系，Ne則Ne NcCr =C0I=I k=\其中Ne為系統(tǒng)的單元數(shù)量；α ρ為修正系數(shù)；并且P = 1，2，-,NeXNc,Nc為子矩陣C1, k的個(gè)數(shù)Ku為第1個(gè)單元的第k個(gè)在整體坐標(biāo)系下的子矩陣； F23、根據(jù)上述F21及F22步驟獲取估計(jì)阻尼矩陣 .Ne Nc/=1 k=\其中％為矛中第ρ個(gè)元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非傳統(tǒng)阻尼矩陣識(shí)別方法，其特征在于，所述E步驟中， 當(dāng)Cetl的分布形態(tài)完全未知，三維結(jié)構(gòu)可假定為12X12的無非零元素的矩陣，二維、一維結(jié) 構(gòu)分別假定為12X12、6X6的無非零元素的矩陣；當(dāng)Ce0的分布形態(tài)已知或部分已知時(shí)，只需關(guān)心非零元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非傳統(tǒng)阻尼矩陣識(shí)別方法，其特征在于，所述E步驟中，確定 Ce0初始值時(shí)，當(dāng)有參考數(shù)據(jù)時(shí)取參考值，當(dāng)無參考數(shù)據(jù)時(shí)可假定初始值為常數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非傳統(tǒng)阻尼矩陣識(shí)別方法，其特征在于，所述B步驟中i< =結(jié)構(gòu)的總自由度數(shù)目。
全文摘要
本發(fā)明為解決環(huán)境激勵(lì)下現(xiàn)有模態(tài)測(cè)試技術(shù)中只有低階的模態(tài)信息能夠獲得的現(xiàn)狀，克服現(xiàn)有阻尼矩陣識(shí)別方法在一定程度上需要相對(duì)高階模態(tài)信息的問題，提出新的能夠處理三維空間問題的基于單元矩陣分解的非傳統(tǒng)阻尼體系阻尼矩陣識(shí)別方法，這種方法所需要的實(shí)測(cè)振型可以是復(fù)振型，不需要質(zhì)量歸一化，能更好的適應(yīng)目前只有有限的低階模態(tài)能夠相對(duì)準(zhǔn)確測(cè)得的現(xiàn)狀，與基于輸出響應(yīng)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別技術(shù)結(jié)合，可以進(jìn)行環(huán)境激勵(lì)下的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)非傳統(tǒng)阻尼矩陣的識(shí)別。
文檔編號(hào)G06F17/16GK101916242SQ20101024457
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者劉福順, 李華軍, 梁丙臣, 王衛(wèi)英, 王樹青 申請(qǐng)人:中國海洋大學(xué)