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基于边缘提取的MEMS谐振器谐振模态识别算法

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中国惯性技术学报 2023年第5期31卷 490-494页

作者：谷留涛张卫平卢浩琳吴雨婷范重阳微米纳米加工技术国家级重点实验室上海200240 上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系上海200240

针对有限元分析方法中工作模态识别问题,提出一种基于边缘提取的MEMS谐振器谐振模态识别算法。首先使用图像灰度化、颜色翻转、边缘提取算法对微谐振器谐振模态的边缘形状进行提取,减少内部结构对识别算法的影响。然后计算不同模态边缘... 详细信息

针对有限元分析方法中工作模态识别问题,提出一种基于边缘提取的MEMS谐振器谐振模态识别算法。首先使用图像灰度化、颜色翻转、边缘提取算法对微谐振器谐振模态的边缘形状进行提取,减少内部结构对识别算法的影响。然后计算不同模态边缘形状的圆形度和偏心率,并根据这两个图像特征实现了在有限元分析过程中对获取的微谐振器谐振模态的识别分类。使用随机产生的1000个不同结构参数的鸟巢型微谐振器的10000个谐振模态对算法进行了测试,其中对于椭圆形工作模态的识别准确度可以达到100%,其他模态的识别准确度超过99%。最后利用所提算法搭建了一套通用的有限元计算平台,该平台在没有人为干预条件下可以实现大规模样本的快速有限元分析,为微谐振器结构的优化设计提供了一种可靠的工具。

关键词：微谐振器有限元分析圆形度偏心率模态识别

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定位结构损伤的改进跨模型模态应变能法

机械强度 2024年第2期46卷 503-508页

作者：张雅儒马俊伍晓顺江西理工大学土木与测绘工程学院(南昌) 南昌330013 南昌市虚拟数字工程与文化传播重点实验室南昌330013

为了提高结构损伤定位的精度,提出将跨模型模态应变能与小波分析(Wavelet Analysis, WA)相结合的结构损伤定位方法。首先,计算所有单元的跨模型模态应变能指标。其次,对由各单元跨模型模态应变能指标构成的序列进行小波分析,提取高频细... 详细信息

为了提高结构损伤定位的精度,提出将跨模型模态应变能与小波分析(Wavelet Analysis, WA)相结合的结构损伤定位方法。首先,计算所有单元的跨模型模态应变能指标。其次,对由各单元跨模型模态应变能指标构成的序列进行小波分析,提取高频细节系数后对其进行重构,以得到改进的损伤指标。最后,根据改进指标判断损伤位置。以某平面桁架为例并考虑5%噪声水平进行蒙特卡洛分析。结果表明,改进指标抵抗噪声干扰的鲁棒性更强,能更好地指示损伤位置。

关键词：损伤定位模态应变能小波分析结构健康监测模态识别

单点激振模态参数识别渐近不确定性及实验验证

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工程力学 2023年第S1期40卷 6-10页

作者：王佩祥吴清泰李宾宾浙江大学浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院海宁314400 浙江大学建筑工程学院杭州310000 阿德莱德大学建筑与土木工程学院澳大利亚阿德莱德5005

结构模态参数(频率、阻尼比、振型等)是结构健康监测和动力测试的关键参数,其识别不确定性的准确度量将显著增强结构损伤识别和状态评估的准确性和鲁棒性。着眼于“理解”而非“计算”模态参数识别不确定性,渐近不确定性在不依赖特定数... 详细信息

结构模态参数(频率、阻尼比、振型等)是结构健康监测和动力测试的关键参数,其识别不确定性的准确度量将显著增强结构损伤识别和状态评估的准确性和鲁棒性。着眼于“理解”而非“计算”模态参数识别不确定性,渐近不确定性在不依赖特定数据和算法的条件下给出模态参数估计值变异系数的解析形式。该文介绍单点激振条件下结构的模态参数识别渐近不确定性,基于长数据和小阻尼比假设,给出结构的频率、阻尼比和振型后验变异系数的解析表达式,并结合一系列现场测试进行验证。该文提出的模态参数识别渐近不确定性可用于指导结构激振测试实践,致力于解决振动测试的盲目性和模态识别的被动性。

关键词：振动测试模态识别强迫振动不确定性 Fisher信息阵

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拉索模态参数全过程自动化识别方法

土木工程学报 2023年第7期56卷 82-91页

作者：安永辉薛志林廖子涵李宾宾大连理工大学辽宁大连116023 浙江大学浙江海宁314400

模态参数广泛应用于拉索索力识别与状态评估,其自动化识别是拉索实时健康监测的关键技术之一。贝叶斯FFT算法和深度神经网络可实现拉索模态参数识别的自动化和不确定性分析,其中,贝叶斯FFT算法可快速识别拉索模态参数且定量其不确定性,... 详细信息

模态参数广泛应用于拉索索力识别与状态评估,其自动化识别是拉索实时健康监测的关键技术之一。贝叶斯FFT算法和深度神经网络可实现拉索模态参数识别的自动化和不确定性分析,其中,贝叶斯FFT算法可快速识别拉索模态参数且定量其不确定性,但需人工输入结构自振频带信息。为此,基于Retinanet模型和一维卷积神经网络,设计提出一种轻量化频带选择网络,使之能自动检测拉索的振动频带,进而提出一种拉索模态参数全过程自动化识别方法。提出的频带选择网络模拟人工频带选择过程,融合多频率分辨率下功率谱曲线估计信息,通过检测功率谱曲线峰值确定拉索振动频带。为验证所提算法的有效性,利用沪苏通长江大桥拉索施工阶段实测加速度数据构建训练集和测试集,完成拉索模态参数的连续自动识别。试验证明,频带自动选择网络准确性超过95%,单样本平均推理时间达到毫秒级,与贝叶斯FFT相结合可实现拉索模态参数的自动化实时识别。另外,通过拉索频率的连续识别成功检测到拉索张拉事件,验证了基于频率对拉索损伤识别的潜在可能性。

关键词：拉索模态识别贝叶斯FFT 深度神经网络

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一种基于决策树的行人运动模态识别方法

测绘地理信息 2022年第6期47卷 60-64页

作者：计洁黄劲松武汉大学测绘学院湖北武汉430079

微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)技术的快速发展及其在移动智能终端中的日益普及,促进了人们对移动智能终端高精度定位算法的研究,尤其是利用智能手机进行无缝定位。然而,目前多数行人导航系统都以单一姿态为前提进... 详细信息

微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)技术的快速发展及其在移动智能终端中的日益普及,促进了人们对移动智能终端高精度定位算法的研究,尤其是利用智能手机进行无缝定位。然而,目前多数行人导航系统都以单一姿态为前提进行定位推算,并未考虑行人在使用手机过程中的多模态问题。因此,利用手机内置MEMS传感器的原始数据,基于决策树模型对行人运动模态进行了识别,判别模态包括绝对静止、通话步行、摆臂步行以及裤兜步行4种。首先,采用巴特沃斯低通滤波器对原始数据进行了数据预处理,并计算其模值;其次,提取特征值,包括信号能量、方差、均值、最大值和最小值,结合k折交叉验证(kfold cross-validation)法,采用决策树进行了模态识别,并进行验证。实验结果表明,本文模型的整体分类准确率可达97.23%,可为行人导航系统提供较为准确、可靠的模态信息以辅助定位。

关键词：模态识别 MEMS传感器 k折交叉验证决策树

基于SSI的煤矿车辆悬架系统在振动响应下的模态特征分析方法

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工矿自动化 2024年第S1期 151-155页

作者：贾瀚琪国能神东煤炭集团有限责任公司设备维修中心

为了提高对矿车状态识别能力，提出了一种基于结构系统识别(SSI)的煤矿车辆悬架系统在振动响应下的模态特征分析方法。该方法考虑巷道道路不平度对车辆的影响，将车辆的动力学行为与路面不平度相结合，建立整车动力学模型和四轮激励输... 详细信息

为了提高对矿车状态识别能力，提出了一种基于结构系统识别(SSI)的煤矿车辆悬架系统在振动响应下的模态特征分析方法。该方法考虑巷道道路不平度对车辆的影响，将车辆的动力学行为与路面不平度相结合，建立整车动力学模型和四轮激励输入模型，以更准确地反映实际运行条件。并通过SSI识别并分析车辆悬架系统在振动响应下的模态特征，将已生成的路面不平度时域信号输入到正常与故障的动力学模型中进行激励已得到对应状态下车身的振动响应信号，将这些振动信号进行SSI模态特征识别，提取振动信号的主要模态参数，从中获取有关系统动力特性的信息，以更准确地评估煤矿车辆悬架系统的状态和故障风险。研究结果表明基于SSI的煤矿车辆悬架系统在振动响应下的模态特征分析方法对整车悬架刚度、减震器阻尼及轮胎刚度能达到很好的故障识别程度，可实现对煤矿车辆悬架系统的状态监测和故障诊断，提高车辆的安全性和可靠性，具有很好的应用价值。

关键词：矿车双目视觉随机子空间模态识别

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环境激励下风机结构模态识别算法的对比

噪声与振动控制 2022年第4期42卷 64-68,92页

作者：赵艳郑卫锋王新武杜艳强王振宇洛阳理工学院土木工程学院河南洛阳471023 河南省装配式建筑结构工程技术研究中心河南洛阳471023 河南省新型土木工程结构国际联合实验室河南洛阳471023 浙江大学建筑工程学院杭州310058

为了准确掌握风机结构在实际运行中的动态特性,对风机结构的振动响应和运行数据进行现场监测,基于随机子空间算法(Stochastic Subspace Identification,SSI),使用3种不同的加权算法对监测数据进行模态分析,并将其与数值模型的模态分析... 详细信息

为了准确掌握风机结构在实际运行中的动态特性,对风机结构的振动响应和运行数据进行现场监测,基于随机子空间算法(Stochastic Subspace Identification,SSI),使用3种不同的加权算法对监测数据进行模态分析,并将其与数值模型的模态分析结果进行比较。结果表明:SSI-UPC和SSI-PC算法精度较高,且采用SSI-UPC算法可以识别出较多的模态阶数,而SSI-CVA算法识别效果最差。此外,风机的数值模型在频域特征上与实际风机基本一致。该成果可以为同类型风机的设计、数值模拟提供参考和验证,同时为连续识别风机运行过程中的重要振动模态奠定基础。

关键词：振动与波风机振动监测模态识别 SSI算法数值模拟

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基于模态识别的参数化白车身轻量化优化设计

现代制造工程 2022年第7期 57-63页

作者：张坤马心坦王传青周云龙洛阳职业技术学院汽车与轨道交通学院洛阳471003 河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 北京汽车股份有限公司研究院北京101300

利用参数化建模软件SFE-CONCEPT建立了某轿车白车身的参数化模型,为白车身轻量化优化提供形状、厚度设计变量。对参数化白车身模型的静态弯曲、扭转刚度和低阶模态性能进行仿真分析并与试验对比,验证了所建参数化白车身模型的有效性。... 详细信息

利用参数化建模软件SFE-CONCEPT建立了某轿车白车身的参数化模型,为白车身轻量化优化提供形状、厚度设计变量。对参数化白车身模型的静态弯曲、扭转刚度和低阶模态性能进行仿真分析并与试验对比,验证了所建参数化白车身模型的有效性。通过编辑脚本实现白车身模态振型与阶次的自动识别功能,避免了白车身优化过程中的人工介入。将脚本文件嵌入到Isight优化软件中,实现了参数化白车身轻量化全自动优化,从而减少了工作量并提高了白车身优化效率。轻量化优化过程中约束白车身静态弯曲刚度和一阶弯曲、扭转模态频率,寻求白车身质量最低、扭转刚度最大的方案。采用近似模型的方法对白车身进行优化,从而进一步提高白车身轻量化的优化效率。优化后白车身质量降低了33.97 kg,减重率达9.33%,白车身的弯扭刚度和一阶弯曲、扭转模态频率与初始模型基本一致,取得了显著的轻量化优化效果。

关键词：白车身参数化模态识别轻量化全自动优化

基于VMD-SVD联合降噪的网架结构模态识别

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空间结构 2022年第4期28卷 16-23,63页

作者：程润辉伍晓顺苗峰邹韬冯隆琨江西理工大学土木与测绘工程学院(南昌) 江西南昌330013 上海建工四建集团有限公司上海201103

为减少测量噪声对网架结构模态识别的不利影响,提出基于变分模态分解(VMD)和奇异值分解(SVD)联合降噪的随机子空间(SSI)模态识别方法.首先,以整体正交系数最小作为优化目标,利用鲸鱼优化算法获取VMD所需的最优K、α参数.基于K、α最优... 详细信息

为减少测量噪声对网架结构模态识别的不利影响,提出基于变分模态分解(VMD)和奇异值分解(SVD)联合降噪的随机子空间(SSI)模态识别方法.首先,以整体正交系数最小作为优化目标,利用鲸鱼优化算法获取VMD所需的最优K、α参数.基于K、α最优值对响应信号进行VMD后,根据各分量频谱曲线的光滑程度来筛选被激发的有效模态分量.其次,在进一步对有效模态分量进行SVD后,将其叠加以得到降噪后的重构信号.最后,采用SSI法对重构信号进行模态识别.某三自由度体系的仿真分析和某3m×3m平板网架的模型试验均表明,本文方法具有良好的降噪效果,可以筛选有效模态分量和提高模态识别精度.

关键词：网架结构模态识别变分模态分解奇异值分解信号处理