结构模态参数辨识的时频分析方法

本文应用线性和二次时频变换方法 ,包括 :线性时频分析方法短时傅立叶变换和二次时频表示魏格纳—维尔分布 ,进行了时变结构模态参数的辨识。通过对刚度突变的单自由度系统时变参数辨识的仿真 ,论述了两种时频辨识方法的特点。仿真结果表明时频变换辨识方法是辨识时变模态参数的有效工具 ,魏格纳—维尔分布二次时频表示能得到比基于短时傅立叶变换的谱图更好时间和频率分辨率的辨识结果     

应用时频分析方法辨识时变系统的模态参数

应用Gabor展开及Hilbert变换进行时变线性系统模态参数的辨识。利用非平稳信号的Gabor变换将结构响应信号表示在时频面上，并通过Gabor展开重构分离模态分量，建立每一阶模态的时变线性模型。对单模态时变线性模型应用Hilbert变换来辨识随时间变化的模态频率和阻尼。通过对刚度和阻尼慢变的两自由度系统模态参数的仿真辨识验证辨识方法的有效性。仿真结果表明：本文方法为时变线性系统的模态参数辨识提供了一条新的途径。     

基于时频分析的CFRP分层缺陷识别研究

为了实现碳纤维复合材料(CFRP)构件分层缺陷的检测,提出了时频定量分析方法.利用短时傅里叶变换(STFT)、魏格纳变换(WVD)和平滑伪魏格纳变换(SPWVD)3种时频分析方法对超声回波信号进行分析和对比,从信号时频表示中的各种特性,如时频聚集性、主体能量、交叉干扰项等,选出了对超声回波信号比较适合的时频分析方法—SPWVD,随后对其时频谱进行降维特征提取.结果表明,采用SPWVD时频分析方法有效降低了干扰对识别准确性的影响,对CFRP构件分层缺陷检测具有可行性.     

基于变分模态分解和同步提取变换识别时变结构瞬时频率EI北大核心CSCD

针对同步提取变换(SET)不能分离频率成分间隔相近的多分量信号的问题,提出了一种结合变分模态分解(VMD)和同步提取变换识别时变结构瞬时频率的方法。首先,通过傅里叶变换确定预设模态数量,利用VMD对多分量信号进行分解得到多个模态分量;然后,采用SET对每个模态分量进行时频分析获取瞬时频率;最后,将各模态分量的时频谱图叠加得到完整的多分量信号时频谱图。针对多分量时变信号和两自由度时变结构自由振动响应信号的瞬时频率识别结果,验证了基于VMD和SET结合方法识别时变结构瞬时频率的有效性和正确性。结果表明,该方法具有较好的噪声鲁棒性和能量聚集性,克服了SET处理频率成分间隔相近的多分量信号的不足,能有效识别具有近距离频率成分的时变结构瞬时频率。索力线性和正弦变化时拉索瞬时频率识别的试验验证了该方法的适用性。     

小波变换在混凝土冲击回波检测中的应用

采用冲击回波法检测混凝土厚度或者缺陷时,采用传统快速傅里叶变换方法,由于傅里叶变换的时移性以及信号中包含表面波和结构模态振动使得特征频率的提取较为困难。要解决特征频率提取受到干扰的问题,该文提出一种小波变换结合傅里叶变换的信号处理方法。首先对回波信号进行小波变换,得到信号时频图和小波边际谱,其次将小波边际谱与傅里叶谱相乘,得到增强傅里叶谱。结果表明:信号时频图可以确定表面波和模态振动的频率范围和时间跨度,增强傅里叶谱不仅可保证频率分辨率,而且抑制由于傅里叶变换的时移性产生的多个波峰,使得特征频率在频谱中更为清晰和准确,是一种适用于冲击回波检测的信号处理方法。     

基于矩阵分式多项式时变结构模态参数最小二乘辨识

基于时间相关矩阵分式多项式传递函数模型,给出线性时变结构时频域参数化模型。以时频域参数化模型为基础,将现有广泛用于时不变结构模态参数辨识的最小二乘复指数法拓展到时频域,提出基于矩阵分式多项式模型的时频域线性时变结构模态参数最小二乘辨识方法;针对时频域最小二乘对计算资源庞大需求问题,给出基于缩减正则方程的最小二乘问题求解方法。通过对两质量连续变化三自由度时变结构仿真算例,说明最小二乘中待估参数约束对模态参数辨识影响,阐述所提线性时变结构模态参数辨识方法特点,说明方法的有效性及潜在实用性。     

爆破振动信号双线性变换的二次型时频分析

为提高爆破振动信号特征分析的精度,利用双线性变换的二次型方法研究了爆破振动信号的时频特征.首先,扼要介绍了Fourier分析、短时Fourier、小波分析的特点.其次,介绍了双线性变换的二次型时频分析方法及其能量分布函数.再次,研究了振动信号时频分布的重排技术.最后,基于MATALB6.5平台得出了铜山口矿一实测爆破振动波形的WVD,SPWVD,RSPWVD时频分布图.结果表明,双线性变换的二次型时频表示,克服了短时Fourier变换频率分辨率低和小波变换是基于位置和尺度变换的缺点,是一种更加直观、合理、时频分辨率更高的信号时频表示方法;平滑伪仿射Wigner-Ville分布在把握信号的时频全局方面有明显优势;重排平滑伪Wigner-Ville分布能提高信号的时频聚集性,可用于获取爆破振动信号的主频信息.     

基于多分辨分析的时频分析

短时傅里叶变换由于采用固定宽度的时域窗，在缓变与瞬变信号共存的宽频带信号分析中，其时间与频率分辨力矛盾突出。采用Mallat算法的小波变换能够将信号正交分解成多尺度的信号分量，然而所提供的时频信息不很直观，难以识别其时频谱。通过对短时傅里叶变换和小波变换在时频分析中的优缺点分析，发现两者具有互补性。因此本文提出基于多分辨分析的短时傅里叶变换（取名为WAVSTFT），即采用Mallat算法将信号分解成多个尺度信号分量，再对各分量分别做与其尺度相适应的短时傅里叶变换，最后把得到的各时频谱在同一个不相平面上叠加，从而得到信号的总体时频构造。经理论分析与实例验证，该方法有效可行，为工程测试中的时频分析提供了一种有效的手段。     

FRP橡胶隔振器水平剪切特性的初步研究

应用小波变换及自助理论对多自由度系统进行模态参数辨识。通过对结构系统响应信号进行小波变换将其表示在时频域内,在分析了小波变换的时频分辨率特性后,利用最小Shannon熵获取最优小波参数,并运用自助理论估计出模态参数分布的置信区间范围。数值仿真表明了该方法对模态参数估计的有效性。将所提方法应用于一个振动台的模态分析,实验结果表明,提出的小波自助模态参数辨识方法降低了模态参数辨识的难度,提高了模态频率和阻尼比的辨识精度。     

小波变换与自助理论在模态参数辨识中的应用研究

应用小波变换及自助理论对多自由度系统进行模态参数辨识.通过对结构系统响应信号进行小波变换将其表示在时频域内,在分析了小波变换的时频分辨率特性后,利用最小Shannon熵获取最优小波参数,并运用自助理论估计出模态参数分布的置信区间范围.数值仿真表明了该方法对模态参数估计的有效性.将所提方法应用于一个振动台的模态分析,实验结果表明,提出的小波自助模态参数辨识方法降低了模态参数辨识的难度,提高了模态频率和阻尼比的辨识精度.     

基于振动测试的非线性参数识别方法

研究了利用特殊的正弦扫频技术识别非线性参数的方法。该方法利用目前线性系统成熟的模态分析技术,并结合等效线性化理论,通过振动测试识别结构的非线性参数,可以建立一个更加准确的模型来反映非线性结构的动力学特性,从而提高模型的预测精度。该方法包括两部分：（1）常位移测试识别非线性刚度;（2）常速度测试识别非线性阻尼。常位移测试是在一次正弦扫频过程中,通过调整各频率下的激励力幅值使得位移响应的幅值为常数,获得一组频响函数,通过模态分析获得等效刚度;改变位移响应的幅值进行多次测试,获得多组等效刚度;对获得的一系列恒定位移响应下的等效刚度进行曲线拟合,即可获得所有线性和非线性刚度参数。常速度测试与其类似。以三自由度非线性系统为例,进行了常位移测试和     

电梯系统共振失效的灵敏度研究

以曳引式电梯为研究对象,考虑电梯曳引绳刚度具有时变特性,对电梯系统建立了8自由度耦合振动的动力学模型。在对系统进行模态分析的基础之上,以影响系统模态频率的动力参数作为随机变量,结合DOE试验方法与神经网络技术,得出系统随机变量与系统模态响应之间的显性函数关系式。依据动态结构系统的固有频率与激振频率差的的关系准则,定义了系统共振的失效模式,并对系统的随机变量进行了可靠性灵敏度分析。研究表明,绳头侧刚度和曳引机支撑刚度对频率共振影响最为明显,因此,在电梯系统设计中可以通过修改该动力参数达到有效降低共振的风险。同时,在实际工作中应该严格关注和监视该动力参数的变化,避免发生共振。     

CMIF方法中模态参数不确定性的计算

在模态参数识别中,测量噪声的干扰导致识别结果中存在不确定性,这种不确定性可以通过模态参数的统计特性进行描述。以复模态指示函数识别方法为研究对象,利用矩阵的一阶灵敏度分析以及 Kronecker 代数理论,推导了该识别算法中模态参数方差的计算方法。重点推导了增强频响函数协方差、极点协方差的计算公式。最后通过一个五自由度仿真算例与一个T型结构实测算例对所推导公式进行了验证。     

某轿车排气系统振动分析

联合有限元软件与AVL-Excite软件,对某轿车排气系统进行模态与强迫振动分析。首先利用有限元软件对排气系统做自由模态分析,初步分析其吊耳点布置合理与否。然后利用有限元软件对排气系统进行自由度缩减,提取其质量矩阵、刚度矩阵、主节点自由度信息及模态信息,整合到内燃机-排气系统多体动力学模型中,对排气系统进行受迫振动分析,充分考虑其弹性变形与模态共振对振动响应的影响。得出排气系统任一点上的振动响应及排气管路长度上的振动传递率,考察其振动耦合特性;为排气系统的空间走向和结构设计提供强有力的依据。     

排气系统振动分析和悬挂点位置优化

本文采用有限元法对某车型排气系统进行模态分析与谐响应分析。通过模态分析得到排气系统的固有频率并找到振型节点,并得到了吊挂垂向刚度对排气系统固有频率的影响规律。根据振型节点优化排气系统吊挂位置,有效地减少排气系统通过吊挂传递到车身地板的力,改善了车辆乘坐舒适性提高了整车NVH性能。     

Study of the thermal influence on the dynamic characteristics of the motorized spindle system

The severe internal heat generation of the motorized spindle system causes uneven temperature distribution, and will affect the vibration characteristics of the system. Based on the thermal analysis about the motorized spindle by finite element method (FEM), the thermal deformations of the spindle system are calculated by the thermal structure coupling simulation, and the thermal deformations of the rotor and the bearing units are extracted to analyze the bearing stiffness changes so that the modal characteristics of the rotor can be simulated in different thermal state conditions. And then the rotor thermal deformation experiment and the modal experiment of spindle by exciting with hammer are performed. The result shows that the thermal state of the motorized spindle system has a significant influence on the natural frequency of the rotor, which can be carefully treated when a spindle system is designed.     

客车排气系统振动特性分析及悬挂位置优化

排气系统的振动与噪声是影响整车NVH水平的重要因素,良好的排气系统悬挂点布置及刚度匹配能够有效的降低排气系统与车体之间的振动能量传递。采用Hyperworks软件对某增程式电动客车的排气系统进行有限元建模,同时依据有限元理论对此排气系统进行静平衡分析和模态分析;通过静平衡分析获得悬挂的变形量,通过模态分析得到排气系统的固有频率及振型,依据平均驱动自由度理论,获得排气系统悬挂点的理论最优布置方案,并对分析结果进行评估,为排气系统悬挂吊耳刚度及位置的选择提供技术依据。     

基于模态频率特征的浮钳盘式制动器盘块间法向接触刚度辨识方法

盘式制动器广泛应用于交通工具和工业装备,在制动过程中出现的摩擦振动噪声和制动盘与制动块之间的接触摩擦作用有密切关系。由于受到多种因素影响,建立准确的制动器关键零件接触关系仍是当前制动器振动噪声研究的难点。基于接触刚度能够影响系统刚度从而改变制动盘模态频率的动力学特性,针对乘用车浮钳盘式制动器,提出一种基于模态频率特征的制动器盘块间法向接触刚度辨识方法。应用锤击模态试验测得不同制动压力条件下制动盘各模态的频率特征;基于ABAQUS软件建立约束条件下制动盘与制动块装配体的有限元模型,在1~10 kHz范围内对该模型进行前7阶面外模态频率分析,辨识得到制动盘与制动块之间的法向接触刚度,并对接触刚度变化原因进行了分析。结果表明,随着制动压力的增加,由于制动块摩擦材料的孔隙度减小,接触刚度增大;随着制动盘模态阶次的提高,由于制动盘与制动块在谐振状态时其接触面积发生变化,接触刚度会先增大然后基本保持不变。该方法可用于建立准确的制动器盘块间接触关系,以开展制动器振动噪声仿真分析,能够提高计算精度,保证分析结果的可靠性。     

双自由度离心振动系统的动力耦合分析

本文揭示了刚体转动对由质量和弹簧组成的双自由度振动系统的频率、模态和动力响应造成的影响,可为一般弹性体和结构的离心振动耦合动力学分析提供重要指导。离心振动系统存在两阶动频,随刚体转速的增加,第一阶动频线性减小而第二阶动频线性增加。质点的动力响应表现为质点运动轨迹的动态演化,决定于振动初始条件、刚体转速、初始偏心位置、振动刚度等四个因素。质点的运动轨迹由非偏心振动和偏心振动两部分构成,非偏心振动依赖于振动初始条件和刚体转速以及振动刚度,偏心振动取决于初始偏心位置和刚体转速以及振动刚度但与振动初始条件无关。根据对动频和质点运动的分析,提出了双自由度离心振动系统的最大刚体转速和临界转速。