OMA环境激励模态试验分析.ppt

环境激励下的模态试验环境激励下的模态试验（基于响应数据的模态分析（基于响应数据的模态分析（基于响应数据的模态分析（基于响应数据的模态分析/工作模态分析）工作模态分析）工作模态分析）工作模态分析）Output-only Modal Analysis，Operational Modal Analysis，OMA北京东方振动和噪声技术研究所北京东方振动和噪声技术研究所北京东方振动和噪声技术研究所北京东方振动和噪声技术研究所China Orient Institute of Noise&Vibration China Orient Institute of Noise&Vibration DASP OMADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题COINVCOINV3 1内容内容环境激励模态的可行性环境激励模态的可行性/优点优点试验方法试验方法-分组测试分组测试响应模态参数辨识方法响应模态参数辨识方法-7种方法种方法 应用实例举例应用实例举例上海卢浦大桥，西宁北川河大桥上海卢浦大桥，西宁北川河大桥ODS工作变形分析工作变形分析Operational Deflection Shape analysisCOINVCOINVDASP OMADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题3 2大型结构常规的激励手段大型结构常规的激励手段高弹性聚能力锤激励高弹性聚能力锤激励高弹性聚能力锤激励高弹性聚能力锤激励高弹性聚能力锤激励高弹性聚能力锤激励198819881988年年年年年年,火箭激励钱塘江大桥火箭激励钱塘江大桥火箭激励钱塘江大桥火箭激励钱塘江大桥火箭激励钱塘江大桥火箭激励钱塘江大桥困难或不可实现昂贵局部损伤中断工作液液液液液液压压压压压压伺伺伺伺伺伺服服服服服服激激激激激激振振振振振振器器器器器器突突突突突突然然然然然然释释释释释释放放放放放放吊吊吊吊吊吊重重重重重重COINVCOINV3 3DASP OMADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题环境激励ambient excitation194019401940年年年年年年,美国美国美国美国美国美国tacomatacomatacoma大桥大桥大桥大桥大桥大桥建成不到建成不到建成不到建成不到建成不到建成不到4 44个月个月个月个月个月个月,因风振坍塌因风振坍塌因风振坍塌因风振坍塌因风振坍塌因风振坍塌海浪及风对船舶进行激励海浪及风对船舶进行激励海浪及风对船舶进行激励海浪及风对船舶进行激励 随手可得随手可得,费用低廉费用低廉安全安全,省时省时更加符合实际情况与边界条件更加符合实际情况与边界条件不影响正常工作不影响正常工作COINVCOINVDASP OMADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题3 4OMA应用范围更广应用范围更广COINVCOINVDASP OMADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题3 5机车在运行状态下进行机车在运行状态下进行机车在运行状态下进行机车在运行状态下进行机车在运行状态下进行机车在运行状态下进行OMAOMAOMA分析，可以得到刚体分析，可以得到刚体分析，可以得到刚体分析，可以得到刚体分析，可以得到刚体分析，可以得到刚体沉浮模态的频率阻尼和振型，由于此阶模态频率低，沉浮模态的频率阻尼和振型，由于此阶模态频率低，沉浮模态的频率阻尼和振型，由于此阶模态频率低，沉浮模态的频率阻尼和振型，由于此阶模态频率低，沉浮模态的频率阻尼和振型，由于此阶模态频率低，沉浮模态的频率阻尼和振型，由于此阶模态频率低，阻尼很大，在试验室条件下很难激励出。阻尼很大，在试验室条件下很难激励出。阻尼很大，在试验室条件下很难激励出。阻尼很大，在试验室条件下很难激励出。阻尼很大，在试验室条件下很难激励出。阻尼很大，在试验室条件下很难激励出。也可以进行机床，汽车等的也可以进行机床，汽车等的也可以进行机床，汽车等的也可以进行机床，汽车等的也可以进行机床，汽车等的也可以进行机床，汽车等的OMAOMAOMA分析。其实际激分析。其实际激分析。其实际激分析。其实际激分析。其实际激分析。其实际激励信号不一定近似白噪声，因此得到的分析结果，励信号不一定近似白噪声，因此得到的分析结果，励信号不一定近似白噪声，因此得到的分析结果，励信号不一定近似白噪声，因此得到的分析结果，励信号不一定近似白噪声，因此得到的分析结果，励信号不一定近似白噪声，因此得到的分析结果，有些阶模态是结构本身固有的，有些是激励引起的有些阶模态是结构本身固有的，有些是激励引起的有些阶模态是结构本身固有的，有些是激励引起的有些阶模态是结构本身固有的，有些是激励引起的有些阶模态是结构本身固有的，有些是激励引起的有些阶模态是结构本身固有的，有些是激励引起的强迫振动，需要进一步进行甄别。强迫振动，需要进一步进行甄别。强迫振动，需要进一步进行甄别。强迫振动，需要进一步进行甄别。强迫振动，需要进一步进行甄别。强迫振动，需要进一步进行甄别。环境激励模态测试环境激励模态测试分组进行分组进行参参参参参参考考考考考考点点点点点点位位位位位位置置置置置置固固固固固固定定定定定定不不不不不不动动动动动动COINVCOINVDASP OMADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题3 6响应模态参数辨识方法响应模态参数辨识方法COINVCOINV3 7DASP OMADASP OMA专题专题专题专题算法简介算法简介ERA(Eigensystem Realization Algorithm)特征系统实现算法（自由衰减波形）SSI(Stochastic Subspsace Identification)随机子空间参数识别方法（互相关函数）Prony(Least-squares Complex Exponent)最小二乘复指数法COINVCOINV3 8DASP OMADASP OMA专题专题专题专题算法简介ERA原理xk+1=A xk+wkyk+1=Cxk+1SSI原理xk+1=A xk+wkyk+1=Cxk+vkxk状态向量 yk输出向量 A 系统矩阵 C 输出矩阵wk输入噪声 vk输出噪声 COINVCOINV3 9DASP OMADASP OMA专题专题专题专题算法简介自由衰减函数的获取随机减量技术 受到平稳随机激励受到平稳随机激励受到平稳随机激励受到平稳随机激励受到平稳随机激励受到平稳随机激励的系统，其响应是由初的系统，其响应是由初的系统，其响应是由初的系统，其响应是由初的系统，其响应是由初的系统，其响应是由初始条件决定的确定性响始条件决定的确定性响始条件决定的确定性响始条件决定的确定性响始条件决定的确定性响始条件决定的确定性响应和外载荷激励的随机应和外载荷激励的随机应和外载荷激励的随机应和外载荷激励的随机应和外载荷激励的随机应和外载荷激励的随机响应两者的叠加而成。响应两者的叠加而成。响应两者的叠加而成。响应两者的叠加而成。响应两者的叠加而成。响应两者的叠加而成。因此，在相同的初始条因此，在相同的初始条因此，在相同的初始条因此，在相同的初始条因此，在相同的初始条因此，在相同的初始条件下对响应的时间历程件下对响应的时间历程件下对响应的时间历程件下对响应的时间历程件下对响应的时间历程件下对响应的时间历程进行多段截取，并对截进行多段截取，并对截进行多段截取，并对截进行多段截取，并对截进行多段截取，并对截进行多段截取，并对截取的多段信号计算总体取的多段信号计算总体取的多段信号计算总体取的多段信号计算总体取的多段信号计算总体取的多段信号计算总体平均，消除随机响应的平均，消除随机响应的平均，消除随机响应的平均，消除随机响应的平均，消除随机响应的平均，消除随机响应的影响，从而达到提取自影响，从而达到提取自影响，从而达到提取自影响，从而达到提取自影响，从而达到提取自影响，从而达到提取自由衰减响应的目的。由衰减响应的目的。由衰减响应的目的。由衰减响应的目的。由衰减响应的目的。由衰减响应的目的。COINVCOINV310DASP OMADASP OMA专题专题专题专题SSI的特点优点优点优点优点：当前环境激励模态最精确的方法，总体识别，支持：当前环境激励模态最精确的方法，总体识别，支持MIMOMIMO，能识别重根，抗干扰能力强。能识别重根，抗干扰能力强。缺点缺点缺点缺点：HankelHankel矩阵的维数较难确定，特征方程的阶数需要确定。矩阵的维数较难确定，特征方程的阶数需要确定。可能丢失模态或产生虚假模态。计算工作量大。可能丢失模态或产生虚假模态。计算工作量大。克服办法克服办法克服办法克服办法：通过多种办法排：通过多种办法排除虚假模态。稳定图除虚假模态。稳定图,和其它和其它分析方法对照以及和有限元分析方法对照以及和有限元计算结果对比，模态校验。计算结果对比，模态校验。COINVCOINV311DASP OMADASP OMA专题专题专题专题PolyLSCFPolyLSCF优点：识别参数精确，稳定图存在快速算法。支持MIMO，能识别重根，采用Z变换，在同时识别宽频带模态时能保证相同的精度，抗干扰能力强，识别精度高于当前任何一种连续变换的频域方法（如直接参数识别法DPI，正交多项式法）。PolyLSCF存在建立稳定图的快速算法，计算速度快。缺点：需要选择合适的阶数。与国外的与国外的与国外的与国外的PolyMAXPolyMAX相同相同相同相同COINVCOINV312DASP OMADASP OMA专题专题专题专题EFDD优点：操作简单，可识别振形满足正交条件的密集模态参数。缺点：振形不满足正交条件密集模态参数，识别精度低。COINVCOINV313DASP OMADASP OMA专题专题专题专题PPM/PZM（东方所独创技术）（东方所独创技术）PPM(Polynomial Power Spectrum Method)PPM(Polynomial Power Spectrum Method)多项式功率谱方法多项式功率谱方法东方所独创，精度优于东方所独创，精度优于EFDDEFDD，可识别密集模态参数。可识别密集模态参数。PZM(Power Spectrum Z Transform Method)PZM(Power Spectrum Z Transform Method)功率谱功率谱Z Z变换方法变换方法东方所独创，存在和东方所独创，存在和PolyLSCFPolyLSCF类似的稳定图快速算法。精度优类似的稳定图快速算法。精度优于于EFDDEFDD，可识别密集模态参数。可识别密集模态参数。COINVCOINV314DASP OMADASP OMA专题专题专题专题PPT峰值拾取法峰值拾取法优点：操作简单优点：操作简单优点：操作简单优点：操作简单优点：操作简单优点：操作简单缺点：模态不密集可用。参数精度不高。缺点：模态不密集可用。参数精度不高。缺点：模态不密集可用。参数精度不高。缺点：模态不密集可用。参数精度不高。缺点：模态不密集可用。参数精度不高。缺点：模态不密集可用。参数精度不高。较早算法，基本不再使用，但在初步摸底较早算法，基本不再使用，但在初步摸底较早算法，基本不再使用，但在初步摸底较早算法，基本不再使用，但在初步摸底较早算法，基本不再使用，但在初步摸底较早算法，基本不再使用，但在初步摸底情况下使用，东方所软件淘汰掉此算法。情况下使用，东方所软件淘汰掉此算法。情况下使用，东方所软件淘汰掉此算法。情况下使用，东方所软件淘汰掉此算法。情况下使用，东方所软件淘汰掉此算法。情况下使用，东方所软件淘汰掉此算法。COINVCOINV315DASP OMADASP OMA专题专题专题专题算法整体评述算法整体评述公认的最精确的方法是公认的最精确的方法是公认的最精确的方法是公认的最精确的方法是公认的最精确的方法是公认的最精确的方法是SSISSISSI（随机子空间方法），但（随机子空间方法），但（随机子空间方法），但（随机子空间方法），但（随机子空间方法），但（随机子空间方法），但此方法容易产生虚假模态，取不同的分析参数结果会此方法容易产生虚假模态，取不同的分析参数结果会此方法容易产生虚假模态，取不同的分析参数结果会此方法容易产生虚假模态，取不同的分析参数结果会此方法容易产生虚假模态，取不同的分析参数结果会此方法容易产生虚假模态，取不同的分析参数结果会发生变化，要求分析人员有一定的学术水平及工程经发生变化，要求分析人员有一定的学术水平及工程经发生变化，要求分析人员有一定的学术水平及工程经发生变化，要求分析人员有一定的学术水平及工程经发生变化，要求分析人员有一定的学术水平及工程经发生变化，要求分析人员有一定的学术水平及工程经验；操作比较简便的方法是验；操作比较简便的方法是验；操作比较简便的方法是验；操作比较简便的方法是验；操作比较简便的方法是验；操作比较简便的方法是EFDD(EFDD(EFDD(增强型频域分解方增强型频域分解方增强型频域分解方增强型频域分解方增强型频域分解方增强型频域分解方法法法法法法)，此方法假定各阶模态的振型正交，否则精度较差；，此方法假定各阶模态的振型正交，否则精度较差；，此方法假定各阶模态的振型正交，否则精度较差；，此方法假定各阶模态的振型正交，否则精度较差；，此方法假定各阶模态的振型正交，否则精度较差；，此方法假定各阶模态的振型正交，否则精度较差；PolyLSCFPolyLSCFPolyLSCF或或或或或或PolyMAX(PolyMAX(PolyMAX(多参考点最小二乘复频域法多参考点最小二乘复频域法多参考点最小二乘复频域法多参考点最小二乘复频域法多参考点最小二乘复频域法多参考点最小二乘复频域法)，计算速度比，计算速度比，计算速度比，计算速度比，计算速度比，计算速度比SSISSISSI快，缺点也类似于快，缺点也类似于快，缺点也类似于快，缺点也类似于快，缺点也类似于快，缺点也类似于SSISSISSI；PZM(PZM(PZM(功率功率功率功率功率功率谱谱谱谱谱谱Z ZZ变换法变换法变换法变换法变换法变换法)和和和和和和PolyLSCFPolyLSCFPolyLSCF类似；类似；类似；类似；类似；类似；PPM(PPM(PPM(功率谱多项式法功率谱多项式法功率谱多项式法功率谱多项式法功率谱多项式法功率谱多项式法)，操作简便和，操作简便和，操作简便和，操作简便和，操作简便和，操作简便和EFDDEFDDEFDD相当，精度好于相当，精度好于相当，精度好于相当，精度好于相当，精度好于相当，精度好于EFDDEFDDEFDD。由于每。由于每。由于每。由于每。由于每。由于每种分析方法都有可能产生假模态和遗漏模态，或某阶种分析方法都有可能产生假模态和遗漏模态，或某阶种分析方法都有可能产生假模态和遗漏模态，或某阶种分析方法都有可能产生假模态和遗漏模态，或某阶种分析方法都有可能产生假模态和遗漏模态，或某阶种分析方法都有可能产生假模态和遗漏模态，或某阶阻尼分析误差较大，因此最好的阻尼分析误差较大，因此最好的阻尼分析误差较大，因此最好的阻尼分析误差较大，因此最好的阻尼分析误差较大，因此最好的阻尼分析误差较大，因此最好的OMAOMAOMA分析模式是用分析模式是用分析模式是用分析模式是用分析模式是用分析模式是用多种分析方法进行对比校核。多种分析方法进行对比校核。多种分析方法进行对比校核。多种分析方法进行对比校核。多种分析方法进行对比校核。多种分析方法进行对比校核。COINVCOINV316DASP OMADASP OMA专题专题专题专题算法如此丰富算法如此丰富,如何选择如何选择?!在进行课题研究时，往往只用其中的一两种方法在进行课题研究时，往往只用其中的一两种方法在进行课题研究时，往往只用其中的一两种方法在进行课题研究时，往往只用其中的一两种方法在进行课题研究时，往往只用其中的一两种方法在进行课题研究时，往往只用其中的一两种方法进行分析。目前进行分析。目前进行分析。目前进行分析。目前进行分析。目前进行分析。目前SSISSISSI的使用比较普遍，的使用比较普遍，的使用比较普遍，的使用比较普遍，的使用比较普遍，的使用比较普遍，EFDDEFDDEFDD普通普通普通普通普通普通的工程技术人员比较喜欢使用，的工程技术人员比较喜欢使用，的工程技术人员比较喜欢使用，的工程技术人员比较喜欢使用，的工程技术人员比较喜欢使用，的工程技术人员比较喜欢使用，PolyMAXPolyMAXPolyMAX为为为为为为LMSLMSLMS公司首先提出，商业化的软件比较罕见，公司首先提出，商业化的软件比较罕见，公司首先提出，商业化的软件比较罕见，公司首先提出，商业化的软件比较罕见，公司首先提出，商业化的软件比较罕见，公司首先提出，商业化的软件比较罕见，DASPDASPDASP已具有和已具有和已具有和已具有和已具有和已具有和PolyMAXPolyMAXPolyMAX性质相同的性质相同的性质相同的性质相同的性质相同的性质相同的PolyLSCFPolyLSCFPolyLSCF方法。方法。方法。方法。方法。方法。PZMPZMPZM和和和和和和PPMPPMPPM方法为我们创新提出，只有方法为我们创新提出，只有方法为我们创新提出，只有方法为我们创新提出，只有方法为我们创新提出，只有方法为我们创新提出，只有DASPDASPDASP软软软软软软件才有。件才有。件才有。件才有。件才有。件才有。DASPDASPDASP具有具有具有具有具有具有SSISSISSI，EFDDEFDDEFDD，PolyLSCFPolyLSCFPolyLSCF，PZMPZMPZM和和和和和和PPMPPMPPM方法，因此，提供的方法，因此，提供的方法，因此，提供的方法，因此，提供的方法，因此，提供的方法，因此，提供的OMAOMAOMA分析方法分析方法分析方法分析方法分析方法分析方法是所有同类分析软件中最多的。是所有同类分析软件中最多的。是所有同类分析软件中最多的。是所有同类分析软件中最多的。是所有同类分析软件中最多的。是所有同类分析软件中最多的。COINVCOINV317DASP OMADASP OMA专题专题专题专题OMA应用实例应用实例上海卢浦大桥上海卢浦大桥上海卢浦大桥上海卢浦大桥目前世界上最大跨径钢拱、目前世界上最大跨径钢拱、目前世界上最大跨径钢拱、目前世界上最大跨径钢拱、目前世界上最大跨径钢拱、目前世界上最大跨径钢拱、梁组合体系中承式系杆拱桥梁组合体系中承式系杆拱桥梁组合体系中承式系杆拱桥梁组合体系中承式系杆拱桥梁组合体系中承式系杆拱桥梁组合体系中承式系杆拱桥 COINVCOINV318DASP OMADASP OMA专题专题专题专题应用实例卢浦大桥即使对于这种超低频即使对于这种超低频即使对于这种超低频即使对于这种超低频即使对于这种超低频即使对于这种超低频,频频频频频频率密集率密集率密集率密集率密集率密集,振型耦合强的情振型耦合强的情振型耦合强的情振型耦合强的情振型耦合强的情振型耦合强的情况东方所提供的模态分况东方所提供的模态分况东方所提供的模态分况东方所提供的模态分况东方所提供的模态分况东方所提供的模态分析方法同样得到一致性析方法同样得到一致性析方法同样得到一致性析方法同样得到一致性析方法同样得到一致性析方法同样得到一致性非常好的模态。非常好的模态。非常好的模态。非常好的模态。非常好的模态。非常好的模态。COINVCOINV319DASP OMADASP OMA专题专题专题专题应用实例西宁北川河大桥在动力测试与分析中在动力测试与分析中在动力测试与分析中在动力测试与分析中在动力测试与分析中在动力测试与分析中,仅仅仅仅仅仅采用一种识别方法是不采用一种识别方法是不采用一种识别方法是不采用一种识别方法是不采用一种识别方法是不采用一种识别方法是不够的够的够的够的够的够的,需要几种方法综合需要几种方法综合需要几种方法综合需要几种方法综合需要几种方法综合需要几种方法综合运用运用运用运用运用运用,相互校核和补充。相互校核和补充。相互校核和补充。相互校核和补充。相互校核和补充。相互校核和补充。COINVCOINV320DASP OMADASP OMA专题专题专题专题ODS及实例及实例COINVCOINV321DASP OMADASP OMA专题专题专题专题ODS是在不进行任何分析的情况下，根据所测响应的时域波形，观察结构在各个时刻的变形情况；或根据FRF，互功率谱，观察结构在各个不同频率时的振型，此时的振型含有各阶模态的影响。The end.Thank You!欢迎各位专家学者的指导和交流北京东方振动和噪声技术研究所（COINV）地址：北京海淀上地科贸大厦516#电话：[phone]传真：[phone]网址：邮箱：COINVCOINV3endDASP OMADASP OMA专题专题专题专题