重频结构模态灵敏度分析的高精度截模态算法

基于全模态展开定理,提出了计算重频阻尼结构模态灵敏度的全模态算法和高精度截模态算法。首先通过引入松驰因子的移频法克服了重频现象对模态灵敏度分析的影响,给出了重频模态灵敏度的全模态算法,并从理论上分析了这种算法的误差来源及控制方法;其次通过分析各阶模态在模态灵敏度的全模态线性展开式中的贡献作为截断准则来实施截断,从而提出了重频结构模态灵敏度分析的高精度截模态算法,并给出了其误差分析方法。提出的高精度截模态算法仅需少量模态,即可获得对称及非对称系统任一重频模态的灵敏度信息,无论是理论分析还是数值计算的结果均表明了该算法的正确性及高效性。     

密频系统模态参数辨识及其振动控制的研究进展

由于结构越来越复杂（如典型的大型柔性空间结构、准对称结构等）,系统的自由度不仅大大增加,还存在频率集聚现象。针对密频系统的模态参数辨识及其振动控制问题,从密频模态的判定准则,密频系统的模态分析方法、模态参数辨识方法,密频系统的可控性和可观性、模态截断准则以及密频系统振动控制律的设计等几个方面进行了较为全面的总结和回顾,对其中的辨识方法及判定准则作了比较。最后给出了密频系统的模态参数辨识及其振动控制中目前难以解决的问题,并指出这些方法将在卫星太阳能帆板、直升机旋翼、涡轮发动机叶片等存在密集模态的结构方面有着广阔的应用前景。     

基于解析模态分解和希尔伯特变换的模态参数辨识新方法

针对航天器结构低频、密频的模态参数辨识问题,提出一种将解析模态分解(AMD)与希尔伯特变换(HT)相结合的模态辨识方法(AMD+HT),根据结构上任意一点的脉冲响应信号,对系统结构的频率和模态阻尼比进行参数识别。以箱型卫星模型为例,分别对固定状态下卫星帆板和卫星整体结构的低阶模态进行模态辨识,并与LMS数据采集系统分析结果和ANSYS有限元仿真结果对比,验证了该方法对低频、密频结构模态辨识的正确性和优越性。     

考虑阻尼材料频变特性的结构响应计算方法

为了对附加阻尼结构的振动响应进行准确计算,提出了一种考虑阻尼材料频变特性的结构响应计算方法,可以准确提取附加阻尼结构的模态参数并计算振动响应。阻尼材料的材料属性会受到激励频率的影响而变化,导致附加阻尼结构的建模和振动响应计算不够精确;因此在传统模态应变能法的基础上,建立了考虑材料频变特性的改进模态应变能法,提取了复合结构的模态参数,并通过模态试验验证了所提取模态参数的准确性;并在振动响应计算中准确计入了模态参数,对比了测试点在仿真和试验中的加速度频响曲线,验证了响应计算方法的准确性。结果表明该方法可以准确提取附加阻尼结构的模态参数,并能在一定频段范围内准确计算其振动响应。     

用Poly MAX方法进行弹性地基板的实验模态分析

对弹性地基上自由板进行了脉冲锤击法模态试验研究。针对传统模态识别方法难以准确识别重频、高阻尼结构的模态参数的特点，利用LMSTest．Lab软件中Poly MAX方法对地基板的传递函数进行模态参数估计和识别。实测及分析表明实际地基上的自由板不存在纯刚体模态。利用识别的模态频率分别对Winkler地基，双参数地基的地基参数进行了识别。利用蒙特卡罗模拟计算地基参数以标准差5％变化时的频率值，发现地基的不均对弹性地基板的频率值有着重要的影响。为道路工程和岩土工程中混凝土板的地基参数识别和损伤诊断提供了手段和方法。     

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     

实模态跳跃现象的原因及影响分析

模态密集能够反映模态的快速甚至剧烈变化的现象。反映了动力系统对某个设计参数是非常敏感的;因此,模态密集与跳跃的重要性应予以足够的关注。根据实模态的一阶灵敏度理论,分析了影响实模态一阶灵敏度的变化的重要因素,排除了实频率的弯转与实模态一阶灵敏度的关系;通过一个实频率密集结构和一个实频率重复结构,展示了实模态跳跃现象的发生,揭示了实模态跳跃现象产生的原因,提出了实模态不可导的概念及判定方法;在这两个结构中分别施加了简谐激励,通过计算稳态响应研究了实模态跳跃及重、密频现象对结构振动分析的影响。     

惟输出小波基结构模态识别方法及其时频解析度研究i

基于相关响应估计的连续小波变换分析方法可以从结构环境随机振动响应中识别出结构的模态参数,其中小波时频分析窗的设置对识别的准确性起着至关重要的作用。为此,本论文展开这方面的研究,详细讨论了影响小波时频分析解析度的参数及时频分析窗的设置方法。对于频域解析度,通过调节母小波函数中心频率来满足对结构模态进行分离的要求。对于时域解析度导致的边界效应问题,通过在相关响应估计过程中对相关响应进行负延拓来解决此问题。文中并采用一单塔双索面斜拉桥数值算例来验证方法的准确性并讨论了参数设置细节。数值算例分析的结果表明通过合理设置小波母函数中心分析频率及相关响应的延拓长度,可以很好地解决时频解析度相关问题,从而准确地从结构随机振动响应信号中识别出结构模态参数。     

基于变形及固有频率测量的纤维增强复合材料 风机叶片等效弹性参数反求方法

该文建立了一种基于变形及固有频率测量的风机叶片等效弹性参数反求方法。该反求方法通过构造偏差方程将弹性参数反求工作转化为函数优化问题。运用了数字图像相关算法测试叶片在静载及冲击载荷下的位移信息,并采用基于可变容限技术的遗传算法优化偏差函数,求解等效弹性参数。计算的等效弹性参数得到了叶片结构静载试验数据的验证,该弹性参数用于计算叶轮组的模态信息,该模态信息与单叶片的模态相对应。     

基于模态综合和移频方法的中频段模态计算

采用基于特征约束模态降阶的模态综合方法计算结构中频段振动特性时,针对低阶特征约束模态不能截断的问题,引入了移频方法对子结构动力学方程进行变换,并推导了移频后低阶特征约束模态与系统中频段模态的关系,结果表明：采用移频方法后,低阶特征约束模态可以截断。采用该方法计算了某白车身有限元模型160~190Hz频段内的振动特性,结果表明：采用移频方法后,保留的特征约束模态阶数较少,系统振动特性的计算时间较短,说明该方法有助于提高复杂结构中频段振动特性的计算效率。     

Flexibility-based structural damage identification using Gauss–Newton method

Structural damage will change the dynamic characteristics, including natural frequencies, modal shapes, damping ratios and modal flexibility matrix of the structure. Modal flexibility matrix is a function of natural frequencies and mode shapes and can be used for structural damage detection and health monitoring. In this paper, experimental modal flexibility matrix is obtained from the first few lower measured natural frequencies and incomplete modal shapes. The optimization problem is then constructed by minimizing Frobenius norm of the change of flexibility matrix. Gauss–Newton method is used to solve the optimization problem, where the sensitivity of flexibility matrix with respect to structural parameters is calculated iteratively by only using the first few lower modes. The optimal solution corresponds to structural parameters which can be used to identify damage sites and extent. Numerical results show that flexibility-based method can be successfully applied to identify the damage elements and is robust to measurement noise.     

2.5维C/SiC复合材料板弹性参数识别方法研究

以大型商业有限元软件NASTRAN为计算平台,提出了基于模态试验结果的2.5维C/SiC复合材料板弹性参数识别方法。基于复合材料板的模态试验结果,采用模型修正的思想构造优化问题,其中目标函数定义为实测模态频率与计算频率之差的平方和,将以刚度平均法获得的复合材料弹性参数的理论预测值作为优化问题的初值,充分利用了材料参数的先验信息,然后对材料参数进行灵敏度分析,通过迭代求解识别出复合材料板的弹性参数。识别后,C/SiC复合材料板第1-4阶模态频率的复现精度明显提高,并能保证第5-8阶模态频率的预示精度。研究结果表明,方法能准确识别2.5维编织C/SiC复合材料的弹性参数,并为复合材料等效建模以及进一步动态特性研究提供参考。     

基于试验模态安全吊焊缝开裂原因分析

GQ70型轻油罐车上拉杆安全吊在车辆运行过程中经常发生焊缝开裂。安全吊不承受大载荷,可排除强度断裂原因。运用试验模态分析的方法,对关键部位安全吊进行锤击法模态试验,找出各个安全吊模态频率,并经过对比分析找出易裂部分安全吊焊缝开裂原因,提出改进建议。     

随机结构模态频率与物理参数的相关分析

本文应用Monte-Carlo随机有限元方法进行了随机结构系统的模态频率与随机物理参数的相关分析。数值试验表明，在一定的变异范围内（8=1％-30％），随着物理参数变异性增大，模态密集程度降低，模态频率与随机物理参数互相关系数发生变化。     

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。     

拉索模型模态参数识别的实验研究

基于高速摄影成像技术,利用改进的数字时间序列图像相关方法,测定了自由振动状态下拉索模型的模态参数。该方法具有实验装置简单、全场非接触、无附加质量、无附加阻尼、测量频率和位移范围可调等优点。采用高速CMOS摄像机及其计算机处理系统,实时获取拉索的振动图像,基于VC编制时间序列图像相关软件自动对序列图像进行相关运算,获得其位移-时程曲线;利用小波分析的方法确定拉索的固有频率和阻尼比,实验结果与理论分析结果吻合得较好。测试及分析结果表明:该方法为拉索模型的模态参数识别提供了新的途径。     

粘性阻尼系统频响函数计算方法

基于复模态理论和幂级数展开原理,导出了一种求解粘性阻尼系统频响函数的模态加速方法。与常规的模态展开法相比,该方法可大大减少模态截断误差。根据外激励频率所处于的系统频段,该方法可对系统的中-高、低-高阶模态实施截断和加速。通过对一数值实例计算表明,上面提出的方法很有效,通常只需计入幂级数前少数几项即可使频响函数达到很高的精度。     

中、下承式钢管混凝土拱桥面内振动模态分析

采用Katayama提出的随机子空间识别法对环境脉动下八座钢管混凝土拱桥实测动力响应进行识别,与采用最大熵谱法获得的计算结果进行的比较验证了采用方法的正确性。建立了实测桥梁的有限元模型,理论模态与试验模态吻合良好,讨论了主拱跨径、截面和桥道系结构等结构参数对钢管混凝土拱桥面内振动模态特性的影响,指出了钢管混凝土拱桥面内一阶基频的统计近似公式的局限性,提出了基于Rayleigh能量法的静力计算方法,可用于预估和校核中、下承式钢管混凝土拱桥面内低阶频率。     

基于模态价值分析的结构动力学模型降阶

针对小阻尼和无阻尼结构，提出了一种模态价值分析方法，用于在模态坐标下的动力学模型降阶问题。在得到系统动力学方程的基础上，首先进行模态分析，然后由模态参数和系统的输入输出矩阵计算各模态的价值，最后选择若干价值最大的模态向量形成变换矩阵对系统进行降阶。通过两个算例说明本文方法是对通常选择低频模态的降阶方法的改进，提高了低阶模型的精度。