Realization of highly accurate estimation of structural vibration characteristics by blind deconvolution and Bayesian inference

通过盲反卷积和贝叶斯推理实现结构振动特性的高精度估计

基本信息

批准号：
22K18830
负责人：
古川愛子
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

最初に簡単な外力を用いた数値解析により検討を行った．まず，起振機により構造物が振動するとき，地盤震動で構造物が振動するとき，起振機と地盤震動の両方で構造物が振動するときを想定した．地盤震動はホワイトノイズで作成した加速度を入力し，応答にはホワイトノイズを加えた．起振機と地盤震動の両方で構造物が振動するときの応答を，ブラインド・デコンボルーションによって起振機による応答と地盤震動による応答に分離することを試みた．ブラインド・デコンボルーションの手法としてスペクトログラムと独立成分分析を組み合わせる手法を用いた．起振機の外力が正弦波であるときは分離することができたが，起振機の外力をホワイトノイズにしたり，ハンマー加振を想定したときは分離できなかった．様々な前処理方法を試したが十分な精度が得られなかった．起振機の外力が正弦波で地盤震動がホワイトノイズの場合は，2つの外力に独立性があるため分離し易かったと思われる．並行して，部分空間法にチャレンジした．これまで伝達関数を利用して固有振動特性を推定することを考えていたため，加振源毎に異なる手法を採用する必要があると考えていた．部分空間法を用いることにより，加振源を問わず同じ状態空間モデルで表現できる．ただし，加振源毎に外力の特性が異なる．数値解析では，理想的なホワイトノイズを混入したためか，精度よく固有振動特性を推定することが可能であった．ただし，データの前処理が重要であり，前処理をしないと推定精度が低下することもわかった．実橋の振動実験データに適用したところ，フーリエスペクトルから目視で読み取る手法に比べて，固有振動数，モード形状ともに僅かではあるが良好な精度で推定することが可能であった．実橋実験では僅かに改善しただけであったのは，実際の外乱や計測ノイズが数値解析で想定したようなホワイトノイズではないためではないかと考察している．

首先，使用简单的外力使用数值分析进行了研究。首先，我们假设当结构用振动器振动时，当结构由于接地振动而振动时，当振动振动时，由于振动器和地球振动，结构振动时。对于地面振动，输入了用白噪声产生的加速度，并将白噪声添加到响应中。当结构在振荡器和地震中振动时，我们试图将响应分开，而盲目反向振荡器和地震的反应。一种使用盲反卷积的方法来结合频谱图和独立的组件分析。当振荡器的外力是正弦波时，可以将振荡器的外力分开，但是当使用白噪声或假定锤击振动时，不可能分离振荡器的外力。我尝试了各种预处理方法，但是我无法获得足够的准确性。当振荡器的外力是正弦波，地面振动是白噪声时，人们认为很容易分离，因为这两个外力是独立的。同时，我们对子空间方法提出了挑战。到目前为止，我们一直在考虑使用传递函数估算自然振动特性，因此我们认为应对每种振动来源采用不同的方法。通过使用子空间方法，无论激发源如何，它都可以使用相同的状态空间模型表示。但是，每个振动来源的外力的特征都不同。在数值分析中，有可能以高精度估算自然振动特性，也许是因为理想的白噪声被混合在一起。但是，还发现数据的预处理很重要，并且如果未执行预处理，则估计精度将降低。与从傅立叶光谱的视觉读取方法相比，当应用于实际桥梁的振动实验数据时，可以很好地估算固有频率和模式形状，尽管很小。我们认为，实际的桥梁实验仅看到略有改进的原因是因为实际的干扰和测量噪声不是数值分析中预期的白噪声。