博士课题论证报告new

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1、表二南京航空航天大学攻读博士学位研究生课题论证报告姓名张家滨学号B0401103专业固体力学研究方向复杂结构动力学分析与控制指导教师陈国平2006年2月22日表二共5页第1页课题名称：大型结构阻尼建模与识别选题依据（包括课题的来源、研究目的、必要性和重要性、意义以及国内外研究的技术现状分析）模态分析是解决工程振动问题最常用和最有效的方法。它最早是由Rayleigh提出，用来分析线性无阻尼系统。近十余年，模态分析理论吸取了振动理论、信号分析、数据处理、数据统计及自动控制等理论中相关内容，取得长足进步。迄今为止，参数识别方法有很多种，其中包括频域识别法、时域

2、识别法、时频域综合法等，从单模态识别到多模态识别，已经形成了一套较完整的理论。频域识别是利用频域内的数据进行识别，在结构动力学中，频域内的数据一般为频响函数(或传递函数)，也就是输出的傅氏变换。频率域可以是实频(傅氏变换)，也可以是复频(拉氏变换)。频域识别法发展较早，也较成熟。因频域法的物理概念清楚直观，不易遗漏模态或者产生虚假模态，精度较高，抗噪能力也较强，故至今仍是模态识别的主要方法，目前在工程中，特别在模态分析中仍然广泛地应用。但频域法需有输入和输出的测试数据，并需将实测的激励和响应的时域信号，变换成频域信号，求得频响函数，再识别模态参数。此外，

3、频域法要求数据的信噪比较高，故频域法多在实验室内或中、小型结构上应用。时域法比频域法发展晚，但最近几年来有长足的进步。时域识别是利用时间域内的数据进行辨识，在结构动力学中，时域数据可以是自由响应数据、脉冲响应数据、白噪声激励响应数据和一般的输入、输出时间历程数据。由于近代的识别方法都是利用数字计算机进行的，所以多用离散的时域模型。时域模态参数识别与频域参数识别方法不同，它无须将测得的响应与激励的时间历程信号变换到频域中去，而是直接在时域中进行参数识别。随着电子测量仪器的飞速发展，通过模态试验，采集激励和响应信号，可以快速而较精确计算中小型结构的模态参数。

4、对于一些大型系统，如建筑等不可施加激振力的结构，也可通过单独分析系统响应的方法，较准确的识别固有频率和振型。时频联合分析方法是近年来兴起的新方法，通过时频变换将信号的能量同时在时域和频域内展开。同时在时频域内观察信号随时间和频率变化的过程，更易得到信号的时频特征。时频分析方法比单纯的时域和频域方法能获得更多信号信息，它既适合于平稳信号，也适合非平稳信号。常用的时频变换方法有短时傅立叶变换、Gabor展开、小波变换、Wigner-Ville分布及各种谱。由于时频联合分析方法的优越性，已有学者将时频分析方法用于结构模态参数识别中。Zhang等将Gabor变换

5、用于环境激励下的模态参数识别，将环境激励表示为扫频信号和白噪声之和，对激励下的响应信号用Gabor展开得到Gabor谱图，再由Gabor系数重构出具有单频特性的振动信号，利用具有单频特性的振动信号识别系统的频率、振型和阻尼比等模态参数。然而Gabor变换的高斯基函数窗口大小是固定不变的，时频分辨率在整个时频平面内是单一的，其对信号时频平面的划分是一种格形分割，对有内在联系的信号进行了许多截断，易引起对原有信号特征错误的判别。JosephLardies将连续的Morlet小波用于环境激励下的参数识别，并对风激励下的南京电视塔的模态参数进行了识别，但选取适合

6、于信号的小波参数比较困难，文中需要试算来确定小波参数。Bonato将具有时频移不变性的Cohen类时频分布用于结构的参数识别中，将互Wigner-Ville分布用于分析线性结构在不同激励下的模态参数识别，为了减少交叉项的影响，该作者采用Choi-Willams及锥形核分布减少交叉项，但需根据具体的信号选择核函数的参数，在减少交叉项的同时会使时频汇聚性降低。希尔伯特一黄变换〔Hilbert-Huangtransform，简称HHT)是由美国的NordenE.Huang教授于。1998年提出的一种新的处理非平稳信号的方法，1999年Huang又对该方法进行了

7、改进。从本质上说，这种方法也是一种时频分析的方法。HHT包含两大部分，第一部分为经验模态分解(empiricalmodedecomposition，简称EMD)，它是由Huang提出的;第二部分为Hilbert谱分析(Hilbertspectralanalysis，简称HSA)，它以Hilbert命名。事实上，在HHT出现之前，Hilbert变换早己活跃在信号处理领域，并且是构造解析信号的重要手段。Hilbert变换在处理某类特殊的信号(如单分量信号或某些窄带信号)时，其定义的瞬时频率具有明确的物理意义，而且它也能够将该类信号中所蕴涵的波内调节机制(in

8、trawavemodulation)识别出来。在结构系统识别方面，Yang应用H