单输入多自由度系统自然激励技术的解析格式

自然激励技术的提出为大型复杂工程结构环境激励下的模态提取提供了一条新的途径,但对于单输入的情况存在以下问题:白噪声激励下结构系统位移响应的互相关函数公式中的相位角和幅值缺乏解析表达式;当动力荷载恰好作用在系统某阶振型的节点时可能出现的现象缺乏分析和物理解释.发展了单输入自然激励技术,推导了白噪声激励下结构位移响应的互相关函数,给出了其中相位角和幅值的解析表达.研究发现,当单输入动力荷载恰好作用在系统某阶位移模态的节点时,任意两自由度位移响应的互相关函数中将不含有频率值等于该阶模态有阻尼固有频率的简谐成分,即该阶模态的信息在互相关函数中得不到反映.     

基于环境激励的桥梁模态参数识别

介绍了获取桥梁模态参数的试验手段,阐述了环境激励的桥梁模态参数的识别方法,通过移动测量方法测试了基于环境激励的某桥梁,并采用自功率谱、互功率谱和相干函数分析,识别了桥梁振动的前3阶振动频率、阻尼比和振型。结果表明,试验得到的桥梁模态参数与设计参数基本相同,桥梁性能良好。     

环境激励下的钢梁模态试验研究

由于简支梁测点较多和传感器数量的限制,所以本文利用有效独立法对一根4m长简支钢梁进行了测点优化和选择,并且选择一测点为参考点(固定点),用分批测量的方法对所选测点进行了振动测试,并用功率谱峰值法对钢梁进行了模态参数识别.     

紊流润滑滑动轴承壁面压力脉动效应研究

壁面压力脉动是紊流润滑滑动轴承随机振动的主要激励源之一,建立紊流激励特性和轴承结构动力学响应之间的关联,对高转速、低黏度润滑滑动轴承的状态监测和故障诊断具有重要意义。为研究紊流润滑滑动轴承的壁面压力脉动效应,考虑流体油膜中存在逆压力梯度的影响,选用Rozenberg模型和广义Corcos模型表征壁面压力脉动的自功率谱和互功率谱,采用波数域模态叠加法求解滑动轴承紊流壁面压力脉动模型,分析滑动轴承在不同工况参数下壁面压力脉动的激励特性以及结构的响应特性。结果表明：低波数区域紊流脉动压力是轴承结构高频随机振动的主要因素;随着润滑油黏度的降低,高频范围内的轴承模态响应幅值增大,共振峰值附近产生较宽的频带和较高的振幅;随着轴颈转速和径向载荷的升高,紊流压力梯度增大,高频范围内的轴承模态响应幅值也随之增大。     

环境激励下的钢梁模态试验研究

由于简支梁测点较多和传感器数量的限制，所以本文利用有效独立法对一根4m长简支钢梁进行了测点优化和选择，并且选择一测点为参考点（固定点），用分批测量的方法对所选测点进行了振动测试，并用功率谱峰值法对钢梁进行了模态参数识别。     

飞行器结构在自然环境激励下损伤检测的研究

飞机结构健康监控研究中,应用自然环境激励方法采集实际工况数据,进行实时在线的监控研究,具有重要的应用价值。基于随机振动理论、虚拟激励原理,利用Fluent软件模拟风洞试验得到飞行环境激励谱数据,应用Ansys软件,以机翼结构作为研究对象,在模态分析的基础上进行随机振动的压力PSD(power spectral density)分析;利用结构随机振动响应的互相关函数幅值向量CorV(correlation function amplitude vector)进行损伤检测的原理,采用互相关函数幅值向量置信度准则CVAC(the cross correlation function amplitude vector assurance criterion)来度量机翼结构有无损伤及损伤程度和位置。结果表明:该方法及数据处理能较好地显示机翼损伤状况,从而确定以飞行载荷激励作为环境激励,实现飞机结构健康监控的可靠性和有效性。     

在时域中单独利用响应数据进行模态分析

对于工程中的一些大型结构，很难测得激励信号，这时就只能单独利用实测响应数据对结构进行动态特性分析。针对这一情况，推导出互相关复指数法和互相关差分模型两种多参考点时域法，然后将它们应用于一飞机模型进行模态识别。试验结果表明，互相关复指数法比互相关差分模型能够更精确地单独从实测响应数据提取结构的模态参数。     

振动试验中非一致基础激励行为的表征与量化

针对振动试验中振动台台面输出并非完全理想的一致基础激励,从而可能导致试验中出现非预期响应行为的问题,通过理论分析、数值模拟和试验验证,采用模态叠加理论,将振动台台面响应分解到模态空间,开展了台面非一致基础激励的表征与量化研究,并结合某典型结构的空台面、轴向及横向随机振动试验数据,从响应功率谱密度曲线和均方根值2个方面进行了台面非一致基础激励的量化。研究结果表明,振动台台面输出的非一致性是不同程度存在的,台面的弹性支撑以及试验结构的对称性等对台面输出的一致性影响较大。     

单独利用响应数据进行模态分析

针对工程实际中模态分析方法存在的不足，提出两种单独利用实测响应数据的互相关模态识剐法，即互相关差分模型法和互相关频域识别法。根据脉冲响应函数同响应间的互相关函数具有相似的表达形式，在时域中采用基于相关函数的互相关差分模型提取模态参数，在频域中采用基于互功率谱密度函数的互相关频域识别法对结构进行模态识别。对这两种方法进行了理论推导，并以一飞机模型为例进行了试验验证，将结果同适调激振法所得结果作了比较，证明所述两种方法都能够较好地仅利用实测响应进行模态辨识。     

重型汽车行驶平顺性的建模与仿真分析

以三轴重型汽车十三自由度振动力学模型为研究对象,建立了重型汽车振动结构微分方程。分解六轮激励的路面功率谱矩阵,用特征值和对应特征向量表示。应用虚拟激励法理论构造了虚拟的六轮路面激励。在虚拟激励作用下,联合复模态分析方法给出了振动结构的虚拟的振动响应量。依据虚拟激励理论求取统计特性的方法,给出了真实振动响应量的功率谱和均方根值。对某三轴重型汽车进行了行驶平顺性仿真分析,结果表明,该方法较简单,为重型汽车的行驶平顺性分析提供了可行的方法。     

环境激励下高桩码头物理模型模态实验

建立高桩码头物理模型,进行环境激励下的模态实验研究.利用特征系统实现算法(eigensystem realizationalgorithm,简称ERA),结合自然激励技术(natural excitation technique,简称NExT),即NExT-ERA模态识别方法编写模态识别程序来识别物理模型的模态参数,并与有限元模型的计算结果进行对比分析.研究结果表明,物理模型实验值与有限元计算结果相比,二者数值接近,误差很小,说明NExT-ERA模态识别方法能够应用于环境激励下高桩码头的模态识别.环境载荷激励下结构的动力响应信号较弱,结构的高阶模态一般无法激出,某些数据识别出的模态参数存在“漏阶”现象,因此结合有限元模型进行分析非常必要.     

测量信息对飞行器工作模态辨识精度影响分析

针对模态辨识结果对输入的敏感性，研究了测量信息对飞行器工作模态辨识精度的影响。介绍了自回归 滑动平均(auto-regressive and moving average,简称ARMA)模型环境激励模态辨识方法的理论、试验测点和激励情况，并给出了试验研究方案情况。通过选择不同测点布置组合，研究了测点布置对辨识结果的影响。对各测点数据人为增加噪声，研究了数据品质对辨识结果的影响。研究发现，测点数目较多，且测点布置在振型数值较大位置，辨识结果较好。     

The identification of a dam's modal parameters under random support excitation based on the Hankel matrix joint approximate diagonalization technique

Modal analysis is an effective method for monitoring a dam's health. Modal parameters can be identified from the measured vibration response of a dam under ambient excitation, such as that from an earthquake. In this paper, we first use the state space model to analyze the vibration of a dam under ambient support excitation and conclude that the nature excitation technique (NExT) can be used to the measured absolute acceleration response of the dam under band-limited stochastic support excitation to obtain its impulse response. To overcome some of the limitations of the traditional modal identification method for a structure under ambient excitation, we propose a modal parameter identification method based on the Hankel matrix joint approximate diagonalization (HJAD) technique. In this method, the Hankel matrix is defined as the covariance matrix of a vector, which is composed of measured acceleration responses, and their time-lagged data. This modal parameter identification method can be regarded as an improvement to the traditional time domain method because it introduces the joint approximate diagonalization (JAD) technique into the original method. On the other hand, the method can be regarded as an improvement to the SOBI-based modal identification method because it uses the Hankel matrix instead of the covariance matrix of response to perform the JAD. Therefore, this method combines the advantages of the two existing modal identification methods and overcomes some of their limitations. Compared with the SOBI-based modal parameter identification method, the implementation of the method presented in this paper is very convenient because we need only to add time-lagged response data to the analysis. The numerical analysis results show that the proposed modal parameter identification method based on HJAD technology not only has the advantage of a traditional blind modal parameter identification algorithm, but can also overcome the limitation of not being able to estimate more active modes than the number of available sensors. According to the satisfactory performance of this method in the analysis of strong-motion earthquake observation data for a gravity dam, the modal parameter identification method proposed in this paper has the potential for application in water conservancy engineering.     

基于ANSYS的塔机底盘结构的模态分析

利用ANSYS的APDL语言对塔机底盘结构进行参数化建模和模态分析,得到塔机底盘结构前20阶固有频率及相应频率下的振型,得到动力学响应分析的初步数据,且数据符合工程实际应用。可以看出随着模态分析阶数的增加,固有频率呈递增趋势,当频率为61．633Hz时,结构的振型变化最为明显,且主要表现为塔机底盘基础节部分的腹杆的左右摆动。     

Operational mode-shape normalisation with a structural modification for small and light structures

When dealing with small and light structures, difficulties occur when measuring the modal parameters. The resonant frequencies are usually relatively high and therefore a wide frequency range is needed for the measurement. Furthermore, the mass that is added to the structure by the sensors causes structural modifications. To overcome these difficulties, an improved method using an operational modal analysis instead of an experimental modal analysis is proposed in this study. It is derived from the sensitivity-based operational mode-shape normalisation with a consideration of the mode-shape variation. The measurement of the excitation force is not needed, because the operational modal analysis is used and only two simultaneous response measurements at an unknown excitation are required. The proposed method includes the cancellation of the added mass, resulting in mode shapes and resonant frequencies of the unmodified structure. The numerical and experimental results on small and light structures are compared with the results of the experimental modal analysis. The comparison shows that the proposed approach allows measurements over a wide frequency range and increases the accuracy of the results compared to the sensitivity-based operational mode-shape normalisation and also compared to the particular experimental modal analysis method that was used in this study. The advantages of the proposed method can be seen whenever the mass that is added to the structure by the accelerometer is not negligible and therefore a variation of the mode shapes occurs.     

某型起重机械低阶模态实测的传感器优化配置

为了在某型起重机械的低阶模态实测实验中获得较高质量的动力学信息,从参数识别的不确定性和多阶模态的振型匹配两个角度,以信息熵和振型相关系数矩阵的最大非对角元两个优化准则给出优化目标函数,采用逐步累积算法,对现场实验传感器配置进行优化.另外在低阶模态振型矩阵中加入高阶模态,验证优化算法的有效性.     

大型压裂泵车车架实验应变模态分析方法研究

为解决某大型压裂泵车作业过程中存在的振动异常现象问题,将应变响应的随机状态空间模态识别技术应用到整车振动分析中。开展了实验应变模态分析,建立了振动应变响应与车架振动特性之间的联系,提出了消除整车振动剧烈的方法。以泵车压裂作业下三缸泵振动为激振源,进行了该大型压裂泵车车架振动试验,得到了车架在实际约束下的前六阶模态频率。研究结果表明:利用应变响应的随机子空间法可以较好地识别出约束状态下车架的固有频率;车架在实际约束状态下低阶固有频率在1.79 Hz~32.1 Hz之间,该频率与三缸泵激振频率存在重合区,是引起整车振动异常的主要原因。     

一种工作模态参数的在线时域辨识方法

根据环境激励具有随机性以及线性系统在环境激励下各输出点响应之间的相关函数与系统的脉冲响应函数具有相同的数学表达式等特点，给出了在线模态参数识别的理论，并提出了仅根据环境激励响应识别模态参数的新方法。     

专用喷洒车主管路的动力响应分析

采用有限元分析法对喷洒车主管路进行模态和随机振动分析，结果表明，主管路前五阶模态频率在激励谱范围内动态特性较差。用模拟方法得到车体在路面激励下的响应作为振动分析激励输入。随机振动分析表明，激励频率为24Hz时系统产生较大的动态响应。     

一种模态弱响应且模态密集的参数识别方法

针对运行模态分析中响应信号数据样本较短、模态密集,以及弱响应信号淹没在大噪声中,系统模态难以全部辨识的问题,提出了联合相关函数与传递率识别系统模态参数的方法(联合方法),该方法先应用传递率近似频响函数获取系统弱响应频率特征函数,然后再通过小波变换进行模态识别。运用随机激励下的GARTEUR飞机模型仿真运行状态的输出进行了数值仿真实验。结果表明:相比于多参考最小二乘复频域法,联合方法不仅能提高模态频率的识别精度,而且还能极大地提高阻尼比的识别精度,尤其是传递率对模态密集的弱响应模态识别结果良好。