变分模态分解与时间序列模型相结合的结构损伤识别方法研究

来源：振动与冲击杂志2025年第5期北京时间：

作者：姚小俊yaoxiaojun@hebut，孙守鹏，王强，杨小梅

单位：1.河北工业大学土木与交通学院，天津300401；2.福州大学土木工程学院，福州350108

摘要：针对准确定位土木工程结构突变损伤的损伤时刻和损伤位置问题，提出了基于变分模态分解与差分整合移动平均自回归模型（autoregressive integration moving average ，ARIMA）的突变损伤识别方法。首先利用自回归模型功率谱确定初始频率及需要分解的模态数量，接着通过变分模态分解方法将振动非平稳信号初步分解为多个平稳的分量信号。然后利用ARIMA模型来拟合各阶信号分量，获取模型残差。利用ARIMA拟合信号分量得到的模型残差确定损伤的具体时刻。最后利用主成分分析法获取结构的模态振型，构造一个基于频率与振型的损伤指标，结合损伤阈值定位出损伤位置。该方法通过地震激励下十自由度框架模拟算例以及实际简支钢桁梁桥数据进行分析。结果证实，该方法能够用于平稳及非平稳激励下的结构损伤时刻和损伤位置的定位。<br>

关键词：损伤识别；变分模态分解；差分整合移动平均自回归模型；自回归模型功率谱；模型残差