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基于数据预处理的紊流风环境桥梁颤振导数辨识

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四川建材 2024年第8期50卷 169-172页

作者：何能矣涛陆久飞张棋王济源云南省交通规划设计研究院有限公司云南昆明650011

紊流作用下桥梁结构的颤振机理尚不完全明确,风洞试验可以证明:紊流风环境中主梁断面的颤振临界风速比均匀流风环境中有所增加。假定紊流风环境中主梁的颤振自激力仍满足颤振理论,则辨识紊流风环境中标准断面的颤振导数是解释紊流颤振... 详细信息

紊流作用下桥梁结构的颤振机理尚不完全明确,风洞试验可以证明:紊流风环境中主梁断面的颤振临界风速比均匀流风环境中有所增加。假定紊流风环境中主梁的颤振自激力仍满足颤振理论,则辨识紊流风环境中标准断面的颤振导数是解释紊流颤振机理的第一步。但由于抖振力的作用使其颤振导数比均匀流下断面颤振导数更难借助风洞试验测得,所以现通过对结构响应数据的预处理分析,研究紊流风环境下桥梁断面颤振导数辨识的可行性。研究表明:数据预处理可以有效地降噪、剔除多余模态、完成数据转化,为紊流峰环境中桥梁断面颤振导数辨识提供保障。

关键词：颤振导数数据预处理紊流风环境 Ibrahim时域特征系统实现随机子空间

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基于集成式神经网络的扁平箱梁颤振导数预测

西南交通大学学报 2022年第4期57卷 894-902页

作者：梅瀚雨王骑廖海黎张岩西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学风工程四川省重点实验室四川成都610031

扁平箱梁因具有较优的颤振性能,已被应用于绝大多数大跨径桥梁.为便于桥梁设计者在大跨度桥梁初步设计阶段快速评估扁平箱梁的颤振性能,提出了一种基于集成学习的深度神经网络模型,用于快速预测扁平箱梁颤振导数.首先采用强迫振动风洞... 详细信息

扁平箱梁因具有较优的颤振性能,已被应用于绝大多数大跨径桥梁.为便于桥梁设计者在大跨度桥梁初步设计阶段快速评估扁平箱梁的颤振性能,提出了一种基于集成学习的深度神经网络模型,用于快速预测扁平箱梁颤振导数.首先采用强迫振动风洞试验获取了15种典型扁平箱梁的颤振导数,结合自由振动风洞试验和二维颤振计算验证了颤振导数的准确性;基于风洞试验数据,构建了大小为525的颤振导数数据集,以此数据集为基础,对所提出的集成式深度神经网络开展了模型训练和性能测试.计算结果表明:所提出的集成式深度神经网络模型仅依靠扁平箱梁的气动外形特征即可准确且快速地预测不同折算风速下的8个颤振导数,且仅利用本文60%的数据集进行训练即可获取较高精度的预测结果;对比传统的多项式回归模型和单一人工神经网络模型,本文所提出的集成式深度神经网络模型预测精度更高,可直接应用到桥梁初步设计阶段的气动选型和颤振计算中.

关键词：强迫振动风洞试验集成学习神经网络颤振导数

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桥梁颤振导数识别及颤振分析的不确定性研究

中国公路学报 2023年第8期36卷 14-21页

作者：封周权林阳华旭刚陈政清湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082 桥梁工程安全与韧性全国重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082

由于风洞试验和理论模型的各种不确定性,通过风洞试验获得的颤振导数及相应的颤振临界风速存在不确定性。为了量化这些不确定性,提出了一种创新的近似贝叶斯方法。该方法通过抽样和模拟来近似表达似然函数,从而实现颤振导数的准确识别... 详细信息

由于风洞试验和理论模型的各种不确定性,通过风洞试验获得的颤振导数及相应的颤振临界风速存在不确定性。为了量化这些不确定性,提出了一种创新的近似贝叶斯方法。该方法通过抽样和模拟来近似表达似然函数,从而实现颤振导数的准确识别和不确定性量化。同时,还研究了颤振导数不确定性在颤振分析中的传播情况。采用子集模拟技术与近似贝叶斯方法相结合,以提高参数后验样本的抽样效率。该方法不仅能够获得颤振导数和颤振临界风速的最优估计,还能获得其后验概率分布。通过理想平板数值模拟和实桥主梁断面风洞试验,验证了该方法的有效性,并将其与传统最小二乘法进行了比较。研究结果显示:该方法得到的颤振导数最优估计与最小二乘法结果非常接近;在低风速下,所有导数的不确定性都较小,而在中高风速情况下,大多数导数都具有较大的不确定性,尤其是接近颤振临界风速时,所有导数的不确定性均较大;颤振导数的不确定性会在颤振分析中传播,导致颤振临界风速也存在较大的不确定性。所提出的近似贝叶斯方法能够准确识别颤振导数,并量化其不确定性,从而实现桥梁颤振性能的概率性评价;为桥梁颤振分析提供了新的思路,为确保桥梁的抗风安全提供了有力支持。

关键词：桥梁工程不确定性量化近似贝叶斯计算颤振导数颤振分析子集模拟

基于Scanlan颤振导数理论求解水翼临界颤振状态

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兵器装备工程学报 2023年第3期44卷 158-165页

作者：魏子天洪亮刘新月南栩中国船舶科学研究中心国家船舶噪声与振动重点实验室江苏无锡214000 南京理工大学能源与动力工程学院南京210000

颤振是一种振幅不衰减的自激振动,水翼的颤振预测一直是水弹性力学领域研究的难点。引进空气动力学领域的Scanlan颤振导数理论,应用于水翼的临界颤振状态识别。首先根据理论求解水翼的颤振导数,并结合临界颤振状态条件求得水翼的临界颤... 详细信息

颤振是一种振幅不衰减的自激振动,水翼的颤振预测一直是水弹性力学领域研究的难点。引进空气动力学领域的Scanlan颤振导数理论,应用于水翼的临界颤振状态识别。首先根据理论求解水翼的颤振导数,并结合临界颤振状态条件求得水翼的临界颤振状态;然后采用纽马克-β法对求得的结果进行了验证,结果吻合良好;最后对水翼的振动状态进行了简要的分析。通过计算,证明了Scanlan颤振导数理论可以应用于水翼临界颤振状态的预测,为水翼颤振现象的研究提供新思路。

关键词：水翼颤振颤振导数临界颤振状态纽马克-β法

基于HGWOP的自由振动响应下桥梁断面颤振导数识别

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工程力学 2023年

作者：何旭辉段泉成严磊卢同庆中南大学土木工程学院高速铁路建造技术国家工程实验室轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室

基于节段模型弯扭耦合自由振动风洞试验，在现有的最小二乘原理的基础上引入了一种新的基于粒子群算法(PSO)和灰狼算法(GWO)的混合算法(HGWOP)以搜索相关参数，从而更加准确地识别桥梁断面的颤振导数。通过对理想平面板和某大桥在三种... 详细信息

基于节段模型弯扭耦合自由振动风洞试验，在现有的最小二乘原理的基础上引入了一种新的基于粒子群算法(PSO)和灰狼算法(GWO)的混合算法(HGWOP)以搜索相关参数，从而更加准确地识别桥梁断面的颤振导数。通过对理想平面板和某大桥在三种加权矩阵下基于传统迭代法和HGWOP的颤振导数识别结果进行对比分析，发现HGWOP不仅能够避免初值敏感性问题，在某一阶模态信号衰减迅速时进行准确地参数搜索，还能在相对复杂的加权矩阵下进行更加稳定和准确地识别，给出一种新的颤振导数识别方法的同时为更加科学且复杂的加权矩阵的应用提供了可能。

关键词：桥梁工程颤振导数混合算法参数识别最小二乘法

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辨识主梁颤振导数的三种时域方法对比研究

建筑结构 2023年第S1期53卷 889-894页

作者：何能王学勇殷平张旭东云南省交通规划设计研究院有限公司昆明650011

节段气弹模型的拉条衰减振动试验是辨识颤振导数直接且有效的途径之一,颤振导数辨识本质为附加气动刚度和气动阻尼系统的有效模态参数辨识。由于噪声的污染和算法的差异使得辨识的颤振导数误差较大,为了减小颤振导数的辨识误差,以理想... 详细信息

节段气弹模型的拉条衰减振动试验是辨识颤振导数直接且有效的途径之一,颤振导数辨识本质为附加气动刚度和气动阻尼系统的有效模态参数辨识。由于噪声的污染和算法的差异使得辨识的颤振导数误差较大,为了减小颤振导数的辨识误差,以理想平板节段模型为仿真系统,通过比较分析三种先进算法(ITD、ERA和SSI)对有效模态参数辨识的抗噪性能,研究不同算法对颤振导数辨识精度的影响,并结合风洞试验,对某特大桥主梁断面的颤振导数进行辨识。结果表明:针对非线性气动参数辨识问题,这三种方法均可靠且有效,其中ITD法对噪声的鲁棒性稍差。

关键词：主梁颤振导数有效模态参数 Ibrahim时域特征系统实现随机子空间

桥梁主梁断面18个颤振导数识别的三自由度强迫振动法

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土木工程学报 2014年第4期47卷 75-83页

作者：牛华伟陈政清湖南大学风工程试验研究中心湖南长沙410082

利用开发的全数控三自由强迫振动装置,发展桥梁断面18个颤振导数识别的三自由度强迫振动法。强迫振动装置的驱动系统由伺服电机、数字驱动器和独特的耦合运动机构共同组成,实现由电脑调节振动频率等参数及控制其各个自由度单独或耦合运... 详细信息

利用开发的全数控三自由强迫振动装置,发展桥梁断面18个颤振导数识别的三自由度强迫振动法。强迫振动装置的驱动系统由伺服电机、数字驱动器和独特的耦合运动机构共同组成,实现由电脑调节振动频率等参数及控制其各个自由度单独或耦合运动;采用时域最小二乘识别算法,通过单自由度、竖向和扭转两自由耦合以及三自由度耦合三种运动方式分别对宽厚比为1/22.5的平板断面以及两种典型的桥梁断面进行颤振导数识别。试验结果表明,该方法识别的平板断面颤振导数与Theodorsen理论值非常接近;桥梁断面颤振导数曲线比较光滑,与阻力有关的颤振导数也具有良好的趋势性,而且模型运动方式对桥梁断面颤振导数的影响很小。

关键词：桥梁颤振导数强迫振动三自由度

基于自由振动响应识别桥梁断面颤振导数的人工蜂群算法

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工程力学 2020年第2期37卷 192-200页

作者：林阳封周权华旭刚陈政清湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室

基于桥梁节段模型风洞试验自由振动衰减时程信号,提出了桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法。基于最小二乘原理,将竖弯和扭转信号的整体残差平方和作为目标函数,使用人工蜂群算法对相关参数进行寻优搜索,识别出桥梁断面的颤振导数。与... 详细信息

基于桥梁节段模型风洞试验自由振动衰减时程信号,提出了桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法。基于最小二乘原理,将竖弯和扭转信号的整体残差平方和作为目标函数,使用人工蜂群算法对相关参数进行寻优搜索,识别出桥梁断面的颤振导数。与其他迭代算法相比,人工蜂群算法是受生物启发产生的寻优算法,对初值没有要求,从而避免了迭代初值对识别精度的影响。为考察人工蜂群算法在桥梁断面颤振导数识别中的有效性,进行了理想平板模型仿真以及某大桥节段模型风洞试验,结果表明,桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法具有较好的稳定性和可靠性。

关键词：桥梁工程颤振导数人工蜂群算法参数识别优化方法

桥梁颤振导数自由振动识别的分段扩阶最小二乘迭代算法

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振动与冲击 2006年第3期25卷 48-53,57页

作者：罗延忠陈政清湖南大学土木工程学院

研究了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的时域法。在可识别性研究的基础上,给出了最小二乘一次完成算法、倒置时序算法、分段识别算法和分段扩阶最小二乘迭代算法(SEO-ILS法)。随后SEO-ILS法用于桥梁颤振导数识别:... 详细信息

研究了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的时域法。在可识别性研究的基础上,给出了最小二乘一次完成算法、倒置时序算法、分段识别算法和分段扩阶最小二乘迭代算法(SEO-ILS法)。随后SEO-ILS法用于桥梁颤振导数识别:先直接识别出系统矩阵,在识别出二自由度节段模型各不同风速下的等效刚度和等效阻尼矩阵后,即可同时提取8个颤振导数。风洞试验表明,文中方法有效可行。

关键词：节段模型颤振导数参数识别风洞试验