(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210516697.2 (22)申请日 2022.05.13 (71)申请人 重庆大学 地址 400030 重庆市沙坪坝区正 街174号 申请人 中国电建集团重庆工程有限公司 (72)发明人 阳洋　谭小琨　蒋旭辉　王瑞琼　 方光俊　 (74)专利代理 机构 上海常森知识产权代理事务 所(普通合伙) 31458 专利代理师 侯玉花 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 17/16(2006.01)G06F 17/18(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于统计矩理论的振型识别方法 (57)摘要 本发明属于土木工程结构识别技术领域， 具 体涉及基于统计矩理论的振型识别方法， 包括以 下步骤： 步骤一： 在结构表面沿同一方向均匀布 设测点； 步骤二： 获取每个测点的加速度响应； 步 骤三： 利用加速度响应计算测点的二阶统计矩 值； 步骤四： 计算相邻两测点的二阶统计矩比值； 步骤五： 通过二阶统计矩与结构第1阶振 型关系， 构建结构第1阶振型。 本发明方法提取的振型在 精度、 效率、 便捷性等方面均有较大优势， 且无人 为因素影响， 可以快速识别土 木工程结构振型。 权利要求书1页 说明书12页 附图9页 CN 115525940 A 2022.12.27 CN 115525940 A 1.基于统计矩理论的振型识别方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 在结构表面沿同一方向均匀布设测点； 步骤二： 获取每 个测点的加速度响应； 步骤三： 利用加速度响应 计算测点的二阶统计矩值； 步骤四： 计算相邻两测点的二阶统计矩比值； 步骤五： 通过二阶统计矩与结构第1阶振型关系， 构建结构第1阶振型。 2.根据权利要求1所述的基于统计矩 理论的振型识别方法， 其特征在于： 所述步骤一和 步骤二中， 结构的运动方程可表示 为： 式中： M、 C、 K分别为结构的质量、 阻尼、 刚度矩阵， U(t)分别为结构测点组成 的加速度、 速度、 位移响应向量， P(t)为外 部荷载列向量； Rayleigh阻尼假设条件下， 式(1)利用振型正交性并解耦计算便可得结构第i测点加速 度响应： 3.根据权利要求2所述的基于统计矩 理论的振型识别方法， 其特征在于： 所述步骤三和 步骤四中， 结构相邻测点d1和测点d2处的二阶加速度统计矩比值 可表示为： 对于在结构自身固有参数确定的情况下， 结构任意测点的一阶振型值为常数， 因此结 构响应在d1和d2处的二阶加速度统计矩比值 也应为常数， 且不受其 他因素影响。 4.根据权利要求3所述的基于统计矩理论的振型识别方法， 其特征在于： 所述步骤五 中， 假设结构有L个测点， 对每一组同时采集的响应计算二阶加 速度统计矩， 利用式(30)可 求得统计矩比值向量： {R1,2,R2,3,R3,4,...,Ri,i+1,...,RL‑1,L}    (31) 式(31)中Ri‑1,i表示第i个测点 处计算的二阶统计矩值 与第i‑1个测点处计算的二阶 统计矩值 的比值， 其 他相关符号同理； 设测点1处的振型值 为参考点， 结合式(3 0)和式(31)便可构建结构的第1阶振型向量： 式(32)中， 为常数， 因此对该第1阶振型向量归一化， 便可得到归一化的结构第1阶 振型。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115525940 A 2基于统计矩理论的振型识别方 法 技术领域 [0001]本发明属于土木工程结构识别技术领域， 具体涉及基于统计矩理论的振型识别方 法。 背景技术 [0002]现如今， 我国的土木工程结构类型复杂多样且建筑体量大， 其中大型高层建筑与 桥梁空间结构复杂， 受荷载与 环境影响较大， 某些局部 关键部位受损不易察觉， 维护与维修 问题始终困扰着工程建设人员。 如何对建筑结构在服役过程中产生的内部损坏进行识别， 是一个值得思考与研究的问题。 目前， 基于模态参数 的损伤识别诊断已广泛应用于土木工 程领域， 并取 得了令人瞩目的成效。 [0003]振型及相关衍生指标是建筑结构重要的特性参数， 如何利用采集的信号高效提取 准确的结构模态振型是结构损伤识别技术中重要的一环。 基于动力测试数据的结构振型识 别方法可以按照频域法、 时域法、 时频域法进行分类。 [0004]1、 频域法 [0005]频域法通常是根据结构传 递函数或频响函数来识别结构模态参数的方法， 其物理 意义明确， 基于傅立叶快速谱， 频域法得以迅速发展完善。 频域法理论存在着一定的局限 性， 给识别结果带来不可避免的误差。 基于频域的振型识别方法主要有： 峰值法、 频域分解 法、 最小二乘复频域类法、 传递 率法等， 快速傅里叶变换 是常用的时域 转频域的手段之一。 [0006]频域法因直观、 物理意义明确、 信噪比高等优势得到推广， 但对于密集模态的识别 能力较差， 且计算效率并不高。 [0007]2、 时域法 [0008]时域法是直接利用结构的实际响应信号建立模型并进行参数识别的方法， 通常可 以较好识别模态阻尼、 振型等， 弥补频域法识别结果的不 足。 国内外学者在运行模态分析的 时域法领域做了大量研究， 目前已有多种成熟的理论。 基于时域的振 型识别方法主要有： 时 间序列分析法、 随机 子空间法、 最小二乘复指数类法、 特 征系统实现 法等。 [0009]时域法利用响应信号直接进行模态参数的识别， 因而识别效率高， 并可以对运行 中的设备进行在线参数识别， 反映了结构的真实工作模态， 对于识别模态密集的结构具有 优势。 但时域法对于噪声较敏感， 抗噪能力差， 且易产生虚假模态， 有待后续研究解决此类 问题。 [0010]3、 时频域法 [0011]大多数频域、 时域识别方法要求环境激励是白噪声或非白噪声平稳激励， 然而工 程实际不能总 是满足， 而时频分析方法能同时在时域和频域内分析信号的变化， 研究响应 信号的局部时频特征， 因此对于平稳和非平稳信号均适用。 基于时频域的振型识别方法主 要有： 短时傅里叶变换、 希尔 ‑伯特黄变换、 小波变换等。 短时傅里叶变化是基于间接量测技 术中桥梁 模态振型识别常用的方法 之一。 [0012]时频法兼有时域法和频域法的优点， 对于非平稳激励下的结构振动识别具有优说　明　书 1/12 页 3 CN 115525940 A 3