水工结构模态参数识别的数值模拟

结构模态参数识别是对结构施加激励,采集结构上关键点的响应,分析激励和响应间传递函数以提取出结构本身固有频率、阻尼比、振型等模态参数。当前,模态参数识别方法均是基于线性系统推导建立的,当结构存在裂缝等具有非线性特性时,仍旧用基于线性识别方法求解的结果具有多大的可信度则难以确定,这也是当前线性系统参数识别方法的一个不足。本文分别对线性和非线性数值结构模型进行激励并获取响应数据,各自用单模态和多模态识别方法进行参数识别,分析结果发现,当前模态参数识别方法对线性结构具有较高的精度,但对非线性结构的适用性则有待进一步提高,随着对非线性结构激励的增大,识别结果越接近弱化线性结构近似特征值分析结果,但均不大于对应线性结构特征值分析理论值。     

基于HHT方法的结构模态参数识别

基于Hilbert-Huang变换和自然激励技术,结合振动台试验对模型拱坝的频率、阻尼比等参数进行识别,并对破坏试验过程中模态参数的变化规律进行分析。在数值实现上,发展了先对信号进行带通滤波再对滤波结果求解互相关函数的方法,可避免模态分解中的频率混杂,提高参数识别精度。与传递函数法识别结果的比较表明,该方法可以有效地识别出结构的频率、阻尼比等模态参数。对破坏试验的分析发现,随着裂缝的扩展,模型的自振频率逐渐降低,阻尼比相应增加。     

大型海上风机施工短暂工况下的模态分析

海上风电建设中常因异常气象干扰发生施工中断,出现叶片延期安装等施工短暂工况,需重视此类工况下机组的结构安全。依托某海上风电工程,提出了一种机组整体建模方法,采用Block Lanczos法对机组展开模态分析,研究了各施工短暂工况下机组自振特性,并分析了机舱对机组自振频率的影响。数值分析结果表明,在风轮延迟安装工况下,机舱转动惯量及偏心对结构高阶模态影响较为明显;相比于整机工况,各施工短暂工况下,结构模态自振频率均出现较明显提高,不存在波浪荷载激励下的共振风险。     

含受损构件的海上风机三角架基础损伤识别及动力特性分析

以曲率模态为参数,阐述了基础结构构件损伤、定位的计算和识别方法;对构件受损情况下海上风机三角架基础的动力特性展开了研究,以刚度降低和壁厚侵蚀变薄两种方法定义受损状态,对主斜撑、泥面横撑受损情况下,冲击荷载和波浪荷载作用时的三角架动力响应特性进行了数值模拟,对比分析了模态、瞬态及谱分析.结果表明,可以运用曲率模态识别结构受损部位和受损程度,位移模态则无法实现;构件受损对结构动力响应影响显著,且与荷载作用方向和作用方式相关.所得结论可为三角架式海上风机基础结构设计提供参考.     

大型结构应变模态分析软件的应用研究

尝试用时域应变模态参数识别法对大型结构系统进行试验研究，研制了大型结构系统应变模态分析软件，利用这一件对港口门座起重机象鼻染结构的模态参数（包括固有频率、模态阻尼比及模态振型）进行了有效的识别，从而探索出一种适用于大型结构系统应变模态参数识别的行之有效的方法。     

工作应变模态时域识别方法研究

由于应变型指标比位移型指标对结构损伤具有更好的识别能力,在考虑了环境激励的优越性的情况下,借鉴环境激励下位移模态时域识别方法,提出了基于应变模态特征系统实现的时域识别方法.采用随机减量技术对随机应变响应信号进行预处理,得到系统的应变自由衰减曲线,近似获得应变脉冲响应数据.构造Hankel矩阵,通过奇异值分解得到该系统的最小实现,最后对最小实现状态矩阵进行特征值分解,推导得到应变模态参数的时域识别方法.     

三峡左导墙泄洪振动原型观测及其动态识别与安全评估

利用汛期三峡枢纽工程泄洪期间泄流荷载对左导墙产生的激励作用,对三峡左导墙结构进行了原型动力响应测试,分析了导墙泄洪振动动位移响应均方根的沿程分布特征;在此基础上,以泄流荷载为激励源,利用动力响应对导墙结构的工作模态参数进行了动态识别;最后,综合导墙结构泄洪振动动位移原型观测、模态参数动态识别结果对三峡左导墙汛期的泄洪振动安全性进行了综合评估.结果表明,三峡左导墙泄洪振动安全,按Meister感觉曲线标准,其泄洪振动响应属于"强烈地感觉到"阶段,但产生低阶共振可能性不大.     

基于加权最小二乘的结构模态参数与损伤识别

为提高利用最小二乘进行模态参数识别的精确度,提出了分频段加权最小二乘模态参数及损伤区域识别方法。分别基于各频率段能量和普通克里金插值作为权值,加权计算模态参数。将此方法应用于识别时变系统,用于Koyna混凝土重力坝在地震作用下损伤识别中。结果表明,识别的固有频率时程曲线可以准确地对结构损伤情况进行描述,根据坝体观测点在初始和损伤结束时刻的响应信号识别的归一化振型可以对结构损伤进行定位。该方法可以较大地提高结构模态参数的识别精度,并且准确地识别结构的损伤区域。     

环境激励下泵站出水塔结构模态参数辨识研究

高扬程提水泵站的出水塔结构在水流的激励作用下易出现剧烈振动甚至由此造成破坏,为研究其振动特性需对其结构模态参数进行准确辨识。以甘肃景电二期工程总干六泵站的出水塔为例,在工作荷载激励下对其振动信号进行现场采集,根据实测的结构振动时程,利用随机子空间法和特征系统实现算法分别对出水塔结构的模态参数进行时域辨识,并将其辨识结果与ANSYS三维有限元模拟结果进行对比验证。结果表明:随机子空间法和特征系统实现算法均能准确辨识出水塔结构模态参数,其模拟结果与实验结果吻合较好。研究成果可为泵站出水塔结构的更新改造设计和安全运行监测提供理论依据,同时能够为灌区水工结构的模态参数辨识提供技术参考。     

一种拱坝泄流振动响应降噪与特征提取方法

基于高拱坝在泄流激励下的实测振动响应,提出了一种基于经验模态分解和固有模态函数小波降噪的信号处理和模态特征提取方法。首先,利用经验模式分解将含有噪声的高拱坝泄洪振动响应信号分解成一系列的固有模态函数;然后,基于对每个固有模态函数的特性分析选取相应的小波基对固有模态函数进行降噪;最后,利用Hilbert-Huang变换识别降噪后的各阶拱坝模态特征参数。通过拱坝室内模型试验验证了该方法识别模态参数的可靠性,并应用于某原型拱坝的实测振动响应降噪和模态特征提取中。该方法可避免传统原始信号先降噪带来的部分高阶模态信息丢失问题,有效降低了噪声对固有模态函数的影响,提高了高拱坝实时模态参数识别的阶次和精度。     

基于自然激励技术和HHT 变换的重力坝模态分析

在自然激励技术和Hilbert-huang变换相结合的基础上,利用水口水电站的强震监测资料,对水口混凝土重力坝进行模态参数识别。发展了将带通滤波技术与该时频域模态识别技术相结合的方法,有效地避免了信号分解时所产生的频率混杂现象,从而提高了参数识别精度和可靠性。首先利用结构动力学的简例验证了该方法的正确性,然后将该方法应用于混凝土重力坝的模态识别问题。计算结果表明,采用本文的时频域HHT+NExT方法识别的重力坝模态频率稍大于传统的频域峰值点拾取法和时域ARX法,与有限元计算结果更为接近,识别的阻尼比也稍大于峰值法和ARX法,略小于水工抗震设计规范规定取值范围5%~10%的下限5%。     

海上风电成本分析与收益敏感性研究

海上风电初始投资大,风险性高,研究海上风电关键控制性因素和影响权重对保障项目财务收益率具有重要意义。在分析海上风电投资和分项结构变化的基础上,运用敏感性分析方法,分析投资、发电小时、电价、利率等各影响因素对资本金财务内部收益率的敏感性程度,并提出了减少可再生能源补贴需求,实现退坡机制的成本下降策略路径。     

渡槽排架结构环境激励模态试验

为获得渡槽排架结构动力特性,开展渡槽排架单向单输入多输出(SIMO)法、双向多输入多输出(MIMO)法环境激励模态试验,选用增强频域分解法识别纵向、横向、双向模态参数。结果表明,SIMO法纵向模态绝大多数谱峰明显、识别效果较好,纵向模态比横向模态丰富;MIMO法纵向或以纵向为主的谱峰大多数明显,横向或以横向为主、双向模态除双向第2阶(即横向第1阶)谱峰明显外,其他较小,甚至未能识别;排架柱以弯曲振动为主,纵向低阶、高阶模态横梁分别以平动或转动刚体振动、弯曲振动为主,横向模态横梁为平动或不动刚体振动;两种方法识别出的模态频率误差较小,SIMO法结果更为可靠,尤其是低阶模态。从低阶识别精度、试验工作量及操作便捷性而言,排架结构环境激励模态试验选择单向SIMO法优于双向MIMO法。     

基于支持向量机和模态参数识别的导墙结构损伤诊断研究

水电站厂坝问溢洪道泄槽的导墙结构长期处于水流交变荷载作用,容易造成结构损伤.为对导墙结构的损伤进行有效的定位和评估,本文首先提出一种基于流激振动响应的结构模态参数的遗传识别方法,通过该方法对导墙结构的模态参数进行了识别;然后将有限元计算和支持向量机技术相结合,进行导墙结构的损伤定位和损伤程度评估.结果表明:基于遗传算法的结构模态参数识别方法能够较准确的识别出结构的模态参数,并确定损伤的部位.其结构损伤程度则可通过结构振动频率平方值的变化来评估.     

漂浮式海上风电关键技术与发展趋势

漂浮式海上风电是深远海风电开发的关键技术,是实现碳达峰、碳中和的重要途径之一。漂浮式风机系统设计涉及气动力学、结构动力学、伺服控制系统、水动力学和系泊动力学等多个学科的复杂交叉,其动力全耦合仿真面临巨大挑战。针对漂浮式海上风电的风电机组、浮式基础、系泊系统、动态海缆、运输施工及一体化仿真等关键技术,对未来漂浮式海上风电发展趋势进行了展望,为推动深远海海上风电大规模商业应用,提出安全适用、竞争力强的工程解决方案奠定了基础。     

水工泄水结构动态优化方法及其在弧形闸门中的应用

在回顾模态参数识别和动特性灵敏度分析基础上,给出了结构动态修改的模态分析、有限元综合法,探讨了受迫振动的计算机仿真计算方法。通过工程实例,分析了结构的物理参数对模态频率、振动位移的灵敏度,取得了动态薄弱环节及优化方向。通过系列动态修改及响应仿真分析,获得了共振频率及振动响应随闸门物理参数的变化关系。     

风机开停过程中海上风电结构振动特性研究

基于现场振动试验,分析了海上风电结构在不同风况下风机开停过程中的振动规律。结果表明:针对试验样机,不同风级开机工况风电结构振幅均比正常运行时更大,范围在11.23%~58.45%;不同风级停机工况风电结构振幅波动剧烈,与正常运行比较变化范围在-25.73%~387.33%。采用STD方法识别出风电结构整体首阶频率为0.33Hz。同时开展了风机塔筒摆幅分析,结果证明该风电结构在开停机过程中能够满足结构安全要求。     

基于环境激励的平原水库动力特性及动弹模反演研究

南水北调东线工程双王城水库为一典型的平原水库,基于环境激励下现场振动测试的实测数据,运用协方差驱动的随机子空间法并结合稳定图研究了双王城水库的动力特性,采用遗传算法进行了水库堤坝动弹性模量的反演分析。模态识别结果表明,双王城水库典型断面处基频范围为1.86~2.98 Hz,阻尼比范围为1.43%~3.67%,频率识别的阶次与环境激励的大小呈正相关趋势。反演结果表明,遗传算法联合ABAQUS软件可以高效地进行结构的参数反演,基于多方向实测频率联合反演的精度要高于单方向。对比依据多方向实测频率反演结果计算得到的频率值与实测值可以发现,各断面第一阶频率的误差均在4%以内,证明了反演分析结果的正确性。因此,模态识别成果和参数反演结果可以为类似平原水库的动力分析提供参考。     

海上风电工程建设指挥系统的构建与实现

为满足海上风电工程智慧化建设需要,实现岸基指挥中心对海上风电场工程建设的指挥作用,根据海上风电工程施工的特点,提出了海上风电工程建设指挥系统的构建方案。系统集成了海-陆通讯、可视化管理界面、海上气象预报与分析、工程进度管理、船机管理、出海人员安全管理等子系统及扩展接口,并根据各子系统功能需求提出了实现方法。     

基于时域分析的结构模态参数两步识别法

采用结构模态参数的两步识别法对现场获得的信号进行分析,并应用该方法对青铜峡水电站的大坝损伤进行了诊断,获得了较好的效果.