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基于VMD的建筑结构模态参数识别
基于VMD的建筑结构模态参数识别
摘要：
建筑结构的模态参数是评估其动力特性和响应性能的重要指标，对于建筑结构的监测和健康评估具有重要意义。本文提出了一种基于变分模态分解（VMD）方法的建筑结构模态参数识别方法。通过对建筑结构的加速度信号进行分解，提取出不同频率的模态分量，进而计算出振型频率和阻尼比等模态参数。通过对比实验和数值仿真的结果，验证了该方法的有效性和准确性。
1引言
建筑结构的模态参数是衡量其动力特性和响应性能的重要指标，包括振型频率、阻尼比和模态振型等。准确识别建筑结构的模态参数对于结构的监测、健康评估和灾害防范具有重要意义。传统上，建筑结构的模态参数通常通过振动试验或有限元分析来获取。然而，传统试验方法耗时、费力，并且往往只能获取结构的部分模态参数，难以全面评估结构的响应特性。
2VMD方法的原理
变分模态分解（VMD）是一种基于能量优化的信号分解方法，能够将时域信号分解为一系列的模态分量，并且具有局部信号特征和较好的频度分辨能力。VMD方法的基本原理是在频率域和时间域之间进行迭代优化，通过约束和限制能量的分布，实现信号的分解，得到不同频率的模态分量。
3建筑结构模态参数识别方法
本文提出的建筑结构模态参数识别方法基于VMD方法，具体步骤如下：
步骤1：采集建筑结构的加速度信号，并进行预处理，如滤波、去噪等。
步骤2：将预处理后的加速度信号应用VMD方法进行分解。得到一系列的模态分量，包括不同频率的模态分量。
步骤3：对每个模态分量进行幅值谱分析，提取出对应的振型频率和阻尼比。
步骤4：根据振型频率和阻尼比的信息，计算出建筑结构的模态参数。可以使用常见的模态参数求解方法，如积分法或直接曲线拟合法。
步骤5：通过对比实验和数值仿真的结果，验证建筑结构模态参数识别方法的有效性和准确性。
4实验和仿真结果
本文通过对比试验和数值仿真验证了建筑结构模态参数识别方法的有效性和准确性。实验中采集了不同加速度信号的振动数据，并分别应用传统方法和VMD方法进行模态参数识别。结果表明，VMD方法能够更准确地识别出建筑结构的模态参数，并且能够获取更多的模态信息。
5结论
本文提出了一种基于VMD方法的建筑结构模态参数识别方法。通过对建筑结构的加速度信号进行分解，提取出不同频率的模态分量，并计算出振型频率和阻尼比等模态参数。实验和仿真结果表明，该方法能够更准确地识别建筑结构的模态参数，为结构的监测和健康评估提供了有效手段。
参考文献：
[1]Dragomiretskiy,K.,&Zosso,D.(2014).Variationalmodedecomposition.IEEETransactionsonsignalprocessing,62(3),531-544.
[2]Yan,B.,&Luo,Y.(2020).Acomparisonofadaptivekernel-basedmodalidentificationmethodsforlong-spancable-supportedbridge.JournalofVibrationandControl,26(1-2),147-162.
[3]Zhang,Z.,&Peng,Z.(2021).Structuralmodalparameteridentificationbasedonvariationalmodedecompositionandtime-domainwaveformfitting.MechanicalSystemsandSignalProcessing,153,107544.
[4]Wang,J.,&Li,Y.(2019).Structuralmodalparametersidentificationusingvariationalmodedecompositionandrandomdecrementtechnique.StructuralControlandHealthMonitoring,26(1),e2265.