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結構模態分析全自動化演算法與優化

作者：楊娜//劉威|責編:嚴慧明
出版社：北京交通大學
ISBN：9787512155510

出版日期：2025/08/01
裝幀：平裝
頁數：153

人民幣：RMB 68 元售價：元

內容大鋼

本書圍繞結構運營模態分析（OMA）領域的關鍵挑戰，展開自動模態識別的演算法及其優化研究。研究內容涵蓋自動模態分析演算法、模態參數優化方法及相關軟體開發，解決了傳統OMA方法中人工干預較多、識別效率低、誤差大等問題，顯著提高了模態識別的準確性、魯棒性和效率。基於數值模擬、瑞士Z24橋樑基準試驗及應縣木塔等實際工程的驗證，本書系統闡述了模態參數的自動識別流程、優化策略及評估方法。
本書可供從事結構振動檢監測與模態識別領域的專門人員使用，也可供土木工程研究生、土木工程技術人員以及其他相關技術人員參考。

作者介紹

楊娜//劉威|責編:嚴慧明

1 緒論
  1.1  研究背景及意義
  1.2  結構運營模態分析研究現狀
  1.3  結構運營模態自動分析研究現狀
    1.3.1  虛假模態剔除研究
    1.3.2  智能聚類研究
    1.3.3  模態驗證研究
  1.4  主要研究內容
    1.4.1  問題的提出和研究方向
    1.4.2  研究內容和方法
2 基於隨機子空間方法實現自動模態識別
  2.1  系統識別
    2.1.1  協方差驅動隨機子空間方法
    2.1.2  參數設置及穩定圖
  2.2  基於軟硬指標的虛假模態剔除
    2.2.1  硬指標
    2.2.2  軟指標
  2.3  多階段聚類分析
    2.3.1  基於模態特徵相似性和k-means聚類剔除潛在虛假模態
    2.3.2  基於分層聚類確定物理模態
  2.4  模態驗證
    2.4.1  聚類簇維度檢驗
    2.4.2  代表模態的檢驗
  2.5  數值算例分析
    2.5.1  自動模態識別結果
    2.5.2  自動識別結果影響因素分析
  2.6  本章小結
3 基於改進的多階段聚類和模態驗證的自動模態識別演算法
  3.1  改進的多階段聚類演算法
    3.1.1  基於分層聚類確定初始聚類中心
    3.1.2  自適應Max-min模態距離聚類演算法
  3.2  基於MEI的模態驗證
    3.2.1  離群值檢驗
    3.2.2  提出的模態評價指標MEI
  3.3  演算法流程
  3.4  基於Z24橋基準實測數據的演算法驗證
    3.4.1  試驗數據
    3.4.2  系統識別和虛假模態剔除
    3.4.3  自適應聚類
    3.4.4  提取代表模態及模態驗證
  3.5  基於Z24橋基準實測數據的演算法魯棒性評估
    3.5.1  「分層聚類距離閾值」和「剔除小維度聚類閾值」的影響分析
    3.5.2  過估計模型階數的影響分析
    3.5.3  參數θ的影響分析
  3.6  應縣木塔動力測試應用
    3.6.1  動力測試
    3.6.2  系統識別和虛假模態剔除
    3.6.3  自適應聚類
    3.6.4  提取代表模態及模態驗證
  3.7  本章小結

4 基於DBSCAN聚類實現流程優化的自動模態識別演算法
  4.1  基於自適應DBSCAN演算法的模態區分
    4.1.1  穩定圖原理和密度聚類演算法原理對比分析
    4.1.2  模態距離的確定
    4.1.3  DBSCAN演算法關鍵參數的自適應確定
  4.2  模態智能選擇
    4.2.1  候選模態聚類的自動篩選
    4.2.2  模態分裂現象控制
    4.2.3  最終代表模態的選擇
  4.3  演算法流程及模態驗證
  4.4  數值算例驗證
    4.4.1  自動識別結果
    4.4.2  自動識別結果準確性
  4.5  演算法魯棒性評估
    4.5.1  關鍵參數Minpts和Eps的影響分析
    4.5.2  測量雜訊影響分析
  4.6  應縣木塔全工況動力測試應用
    4.6.1  全工況環境激勵動力測試
    4.6.2  自動識別結果
    4.6.3  基於多工況測試的結果討論
  4.7  本章小結
5 基於敏感性分析的隨機子空間方法的參數優化
  5.1  參數優化的理論公式推導
  5.2  基於敏感性分析的參數無監督選擇
  5.3  演算法驗證與評估
  5.4  參數優化及無監督選擇的計算流程
  5.5  數值算例驗證
    5.5.1  基於敏感性分析的參數優化及選擇
    5.5.2  模態識別結果及參數優化演算法的性能評估
  5.6  基於Z24橋基準實測數據的演算法驗證
    5.6.1  基於敏感性分析的參數優化及選擇
    5.6.2  識別結果及優化性能評估
  5.7  基於應縣木塔動力測試的應用
    5.7.1  基於敏感性分析的參數優化及選擇
    5.7.2  識別結果及優化性能評估
  5.8  本章小結
6 考慮模態方向影響的阻尼比優化估計
  6.1  基於連續變分模態分解的自適應信號分解
  6.2  自動提取形成拍振效應的目標模態成分
  6.3  確定模態方向及阻尼比估計
  6.4  阻尼比優化估計及驗證的計算流程
  6.5  數值算例驗證
    6.5.1  單層3自由度數值模型
    6.5.2  考慮剛度偏心導致模態方向變化的阻尼比估計
    6.5.3  不存在剛度偏心的阻尼比估計
  6.6  實測應用
    6.6.1  古建木結構Benchmark及其環境激勵測試
    6.6.2  阻尼比估計
    6.6.3  結果討論與分析
  6.7  本章小結

附錄A 結構振動分析及模態識別軟體（Modalsense_Pro）
  A.1  軟體概述
  A.2  軟體功能介紹
    A.2.1  軟體界面介紹
    A.2.2  數據文件導入
    A.2.3  數據信息和頻譜分析
    A.2.4  信號預處理
    A.2.5  基於隨機子空間方法的模態識別
    A.2.6  自動繪製振型動態或靜態圖
參考文獻
符號索引表

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