基于VMD和FCM聚类算法的海上风机支撑结构损伤识别方法

来源：振动与冲击杂志2025年第8期北京时间：

作者：任义建，刁延松diaoys，吕建达，侯敬儒

单位：青岛理工大学土木工程学院，山东 青岛266525

摘要：利用响应和有监督学习算法对运行状态下海上风机支撑结构进行损伤识别时，会遇到响应中能量占比很高的谐波成分影响和有监督学习算法需人工定义标签等问题。为此，本文利用变分模态分解（Variational Modal Decomposition，VMD）和模糊C均值（Fuzzy C-Means, FCM）聚类算法进行海上风机支撑结构损伤识别。为剔除响应中的谐波成分，首先利用VMD对加速度响应进行分解，选取结构模态响应（仅含有结构自振频率）作为分析信号。然后计算模态响应的时域、能量和能量比值及样本熵特征构造特征矩阵，利用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）对特征矩阵进行降维，得到损伤特征矩阵。将损伤特征矩阵输入FCM聚类算法，通过聚类分析得到结构的损伤状态。位移激励下海上风机支撑结构损伤识别模型试验数据验证了该方法的有效性。该方法属于无监督学习算法，无需标注标签且不受谐波成分的影响。<br>

关键词：海上风机支撑结构；损伤识别；变分模态分解；模糊C均值聚类算法；无监督学习算法