《振动模态分析与参数辨识》即将出版

由中国振动工程学会模态分析与试验学会理事长傅志方教授主编,邹经湘教授及韩祖舜副教授参加编写的"振动模态分析与参数辨识"一书,即将由机械工业出版社出版.全书共九章,系统地阐述了模态分析的理论基础、测试技术、参数估计原理及辨识方法(包括频域、时域、单点、多点)、载荷识别、动力灵敏度分析、结构动力修改、结构动态子结构方法以及模态分析技术在各工程领域中的实际应用等.该书是在模态分析领域中的一本最新著作,内容全面、系统.作者把近十年来散见于国内外杂志和文献中的大量资料及最新发展成果作了系统的整理.在取材上既照顾到系统性,又把重点放在介绍当代最新发展成就及工程实际应用上.该书专门用了一章介绍了近几年来发展起来的各种多输入/多输出系统的参数     

一种改进的特征系统实现算法及在智能结构中的应用

针对多输入／多输出特征系统实现算法（ Ｅ Ｒ Ａ），提出了一种改进算法，这种算法通过以递推形式形成一个对称半正定阵，采用特征值分解代替奇异值分解，并采用相关滤波的方法对测量数据进行预处理以提高识别精度。本文还将其用于具有密集模态的空间智能桁架的模态参数识别中，以建立受控数学模型，对改进算法运算量的理论分析与应用实例表明，该算法的运算速度可提高５～１０ 倍，是一种较好的多输入／多输出模态参数识别算法     

用卡尔曼滤波技术识别振动系统参数

本文提出了利用卡尔曼滤波技术识别线性定常振动系统参数的方法。首先,将系统动力学方程转化为离散的可观标准型状态方程,为了应用卡尔曼滤波技术,再将一个单输入多输出系统的标准型参数识别问题转化为若干个单输入单输出系统的状态估计问题。接着,介绍了三组实用的滤波公式,以及选取滤波器所需的初始信息的方法。然后列出了由滤波得到的标准型参数求得振动系统复模态参数和固有模态参数所用的转换公式。最后对本文提出的公式进行了讨论,并给出了一个模型的模拟试验结果。     

单输入和多输入时域模态参数识别法的比较研究

本文利用现代控制论中可控性与可观性理论,从理论和实验两方面对模态参数时域识别法进行了分析和研究,给出了利用时域法能够识别出振动系统所有模态参数的充要条件,并对单输入和多输入识别法进行了比较,指出在重根模态和大阻尼等复杂情形下,多输入识别法拥有单输入识别法所无法比拟的优点。     

渡槽排架结构人工激励模态试验分析

开展渡槽排架单向单输入多输出SIMO(Single Input Multiple Output)法、双向多输入多输出MIMO(Multiple Input Multiple Output)法人工激励模态试验,选用特征系统实现法识别纵向、横向、双向模态参数,结果表明,单向SIMO法稳定图绝大多数谱峰明显、模态识别效果较好,纵向模态比横向丰富、识别效果好;双向MIMO法纵向谱峰大多数明显,横向除双向第2阶(即横向第1阶)谱峰明显外,其他基本很小,尤其是横向模态频率接近纵向时,甚至无谱峰,只识别出纵向模态;排架结构以排架柱弯曲振动为主,纵向低阶、高阶模态横梁分别以平动或转动刚体振动、弯曲振动为主,横向模态横梁为平动或不动刚体振动;两种方法识别出的模态频率误差较小,模态阻尼在正常范围,但双向MIMO法部分横向模态未能准确识别。从识别精度、试验工作量及操作便捷性而言,排架结构人工激励模态试验选择单向SIMO法优于双向MIMO法。     

模态参数的一种多输入／多输出频域总体识别法

利用结构频响函数矩阵各列间的关系建立起一个特征值问题,从其特征向量中可求结构模态复频率和复模态向量.它与时域多输入/多输出(MIMO)总体识别法非常相似,以致二者在理论上一定程度统一了起来.在数据处理上,时域法的一些优点得以保留,又可以突出某些感兴趣的模态数据,可以用不等间隔的频域采样数据等.     

多相关子系统输入中源识别的分析研究

建立了子系统输入单输出系统模型,分析了双子系统输入单输出系统中各级输入之间的相关关系,给出了集合平均的输入关系式。在此基础上推导了多相关子系统输入各级输入之间的相关关系和集合平均输入模型。针对多相关子系统输入单输出系统中输入的源识别问题,分析了子系统各级输入各种相关情况下输入相关矩阵的数值变化以及对输出的影响,通过相干分析得到了判断子系统各级输入对输出贡献量的方法。最后给出了某汽车前后轴垂直平面内振动试验数据的处理结果,验证了理论分析的实用性。理论分析及试验对同类工程问题具有参考价值     

结构模态参数识别讲座

第四讲时域识别识别结构模态参数的频域方法是通过输入、输出数据得到频响函数(或传递函数),然后由传递函数数据在频域内识别模态参数。这类方法有直观、准确、物理概念清楚等优点,因此常用于结构动态特性的分析中,特别是单点激振模态分析中,一般是在停机(离线)状态下进行。时域识别方法是一种近代的参数识别方法,它直接利用输入、输出的时间历程数据进行参数识别,不必将时域数据转换为频域数据,因此可以不用FFF装置,这是它的优点之一。另外在时域法中还发展了利用环境激振数据(或运行测试数据)进行识别,这时可以不要输入数据(因为输入数据往往是不知道的),这是它的优点之二。但不完整的数据(缺少输入数据)不能进行完整的识别,它不能识别完整的模态参数和结构参数。因此也有人将频域方法和时域方法结合起来研究。     

一种高效的频域模态参数识别法

提出了一种高效提取模态参数的识别方法。在单输入单输出(SIMO)或单输入多输出(SIMO)系统中，不论模态参数密集的程度，该方法都可以有效提高模态参数识别的精度与速度。最后，通过实例验证对比，证实该方法是高效的。     

基于多轴振动环境试验的模态参数辨识

基于平行多轴振动台环境试验数据,通过被测系统频域中的测点响应值与台面测点响应值之间的传递函数,导出估汁被测系统的频率响应函数的方法和公式,从而转化为一般的多输入多输出系统进行模态参数识别,并对各振动台输入信号谱相关性的影响和处理方法作了研究.仿真算例验证了方法的可行性和有效性.     

一种检测低信噪比响应信号的广义维纳滤波方法

根据所测动态响应信号拟合系统模型时,一个重要的问题是:在低信噪比的情况下如何提高系统参数的估计精度。采用线性平均方法能适当提高信噪比,但在一般试验条件下,据此所获得的部分系统参数仍具有较大的误差。本文采用了时域广义维纳滤波方法对测取的动态信号进行预处理,以尽可能少的激励次数,从较高的背底噪声中检测出真实信号。文中还说明了适用于工程系统测试中噪声功率估计的滤波器分组方法。以悬臂梁的模态测试及分析为例,检验了该方法的有效性。试验表明,作振型分析时,因测点信号信噪比低而导致数据误差大的问题得以解决,这对实验模态分析是具有重要意义的。所完成的计算机-FFT 谱分析器信号预处理程序有很大的实用价值。     

时域模态分析方法的研究及软件研发

时域模态分析方法是当前国内外热门的课题。对主要的几种时域模态分析方法进行了研究总结。指出了时域模态分析方法的特点和存在的问题，并指出了编程中的一些要点，以及在使用时域模态分析方法时的一些要领，同时给出了时域法和频域法的对比以及仿真计算结果。如果时域模态分析方法的软件设计合理，使用得当，就能得到可靠的分析结果；使得时域模态分析方法不需要已知激励力、能同时识别多阶很密集的模态等优点充分展示出来。     

一种基于互功率谱密度的频域模态识别法

对各测点响应的互功率谱密度函数进行了详细推导,提出了一种基于互功率谱密度的频域多参点辨识法,这意味着许多利用频响函数的传统频域识别法可以很容易地用于工作状态下的模态识别,大大开阔了未知激励下模态识别的视野。然后采用一飞机模型对该方法进行了试验验证,结果表明,本文所提出的方法确实可行。     

随机振动时域模态分析的若干新发展

本文综述随机振动复模态时域分析的新发展。汇集了线性阻尼系统在各种典型随机激励下,平稳响应相关特性的闭式解,以及在演变噪声激励下非平稳均方响应的闭式解。并介绍时域模态分析在系统响应谱矩计算、组合系统的响应分析,以及某些非线性随机响应问题中的应用。     

A modal correction method for non-stationary random vibrations of linear systems

The computational effort in determining the dynamic response of linear systems is usually reduced by adopting the well-known modal analysis along with modal truncation of higher modes. However, in the case in which the contribution of higher modes is not negligible, modal correction methods have been introduced to improve the accuracy of the dynamic response, for both deterministic and stochastic input. In the latter case the random response is usually corrected via various methods determined as rough extensions of methods originally proposed for deterministic input. Consequently the efficiency of the correction methods is not suitable, from both theoretical and computational points of view. In this paper, a new approach to cope with the non-stationary response of linear systems is presented. The proposed modal correction method provides a correction term determined as a pseudo-stationary contribution of the equation governing either first-order or second-order statistics. Owing to the fact that no truncation criteria are well established for random vibration study, the proposed modal correction method offers a suitable vehicle for determining very accurately the stochastic response of MDOF linear systems under Gaussian stationary and non stationary excitation as evidenced in the numerical applications.     

Fast frequency response analysis of large‐scale structures with non‐proportional damping

Modal frequency response analysis is an economical approach for large and complex structural systems since there is an enormous reduction in dimension from the finite element frequency response problem. However, when non‐proportional damping exists, the modal frequency response problem is expensive to solve at many frequencies because modal damping matrices are fully populated. This paper presents a new algorithm to solve the modal frequency response problem for large and complex structural systems with structural and viscous damping. The newly developed algorithm, fast frequency response analysis (FFRA) algorithm, solves the damped modal frequency response problem with O(m²) operations at each frequency. Then the FFRA algorithm is extended for solving a system of equations in optimization application with the modal correction approach, in which the mass, stiffness and damping matrices of a modified configuration differ from the original configuration. Numerical results show that the FFRA algorithm dramatically improves the performance of the modal frequency response analysis compared to conventional methods in industry while obtaining the same accuracy. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

热环境对FGM壳模态频率的影响

为了推动功能梯度材料(FGM)在高超音速飞行器热防护结构设计中的应用,旨在探讨不同温度场对热防护壳模态频率的影响,提供热防护壳动力学设计参考。从陶瓷金属基FGM的热物性参数模型入手,结合圆柱薄壳能量原理,建立FGM圆柱壳的模态方程。在此基础上,首先分析热物性参数变化规律对FGM壳模态频率的影响,然后探讨考虑热应力后不同热环境下FGM壳模态频率的变化规律。结果表明,FGM物性参数变化对模态频率的影响没有热力耦合影响明显;温度梯度300 K时,物性参数变化对模态频率起主导作用,反之温度梯度300 K时,热应力和热变形对模态频率起主导作用。     

基于DIC实验的空间域信号去噪方法研究

通过二维傅里叶连续延拓联合波数域低通滤波的方法,对数字图像相关测量所得位移场进行去噪重构,通过对薄板结构的工况模态分析,验证空间域信号去噪方法的有效性。数字图像相关方法测量结果为结构表面的全场位移响应,因相机本底噪声等因素的影响,由此在位移场测量结果中引入的空间域噪声不可忽略。通过对去噪重构后的时序位移场进行互相关函数计算,使用ERA算法辨识得到薄板的前5阶模态参数,与有限元计算模态结果吻合良好。     

高速分件供送螺杆的模态分析

目的为了减小高速分件供送螺杆在高速运行时可能产生的振动。方法基于一类通用的供送螺杆分段方法和数学模型,构造了4种螺旋线分布规律不同的分件供送螺杆,分别对4种螺杆进行了结构设计和模态分析。结果在分件螺杆静止、不受外界载荷情况下,4种方案的各阶固有频率和振型的相关数据相差不大,特别是一阶模态最大相差只有4 Hz。在分件螺杆以5 rad/s的速度转动,并受到300 N的外界载荷情况下,4种方案的各阶固有频率和振型的相关数据相差较大,特别是方案4与方案3的三阶模态相差300 Hz。结论通过比较4种分件供送螺杆模态分析结果,得出了相对较佳的、适用于高速供送的螺旋线分布规律。螺纹线的分布规律对静止状态下分件供送螺杆的固有频率影响不大。当螺杆高速转动,螺纹线的变速规律遵循"尿盆"曲线变化规律时,即被供送件加速度先增加而后不变再后减小时,可以减小高速分件供送螺杆的振动。