自由振动衰减信号连续谱参数估计新方法

针对自由衰减振动信号的连续谱,提出了一种估计特征参数的方法,将其看成无限长谐波信号与单边指数函数及矩形窗的乘积,由FFT+FT的方法求出峰值处对应的频率、幅值和相位.根据频域卷积定理证明峰值点的频率和相位就是信号的实际频率和相位,依据由卷积关系得出的关于幅值的方程求出校正幅值.仿真表明,无噪声干扰时,频率、幅值和相位的最大误差分别为0,0.7%和3.5°;有噪声时(信噪比SNR=7.3 dB),频率、幅值和相位的最大误差分别为0,4.7%和6.5°,精度仍然较高.相邻频率成分产生严重模态耦合时,不能使用该方法.     

离散频谱的能量重心校正法

针对离散频谱三点卷积幅值校正方法只能校正幅值,不能校正频率和相位的问题,从理论上推导了常用离散窗谱函数的能量重心就是坐标原点,由此得到了能量重心法校正频率和相位的公式。误差分析和仿真计算表明：与其它校正方法相比,此方法能对多段平均功率谱直接进行校正,算法简单,计算速度快,负频率成分和间隔较近的多频率成分产生的干涉现象所带来的误差对精度的影响小,校正方法适用于各种对称窗函数,解决了三点卷积幅值校正法不能校正信号频率和相位的缺点。在工程应用中,对噪声小的信号,推荐加Hanning窗n=1（三点卷积法）的方法进行校正,频率间隔大于等于4个频率分辨率的信号校正后的幅值误差小于1％,频率误差小于0.01个频率分辨率,相位误差小于5度,这种方法不适用于频率过于密集的分析场合或连续谱。     

离散频谱分析比值校正法幅值和相位的抗噪性分析

谐波信号离散频谱分析的比值校正法(内插法)在无噪声时是一种准确的校正方法,只存在计算时的舍入误差,但在包含噪声尤其信噪比较低时,校正精度会有所下降,甚至误差很大.研究了比值校正法的幅值与相位加不同的窗函数及加性高斯白噪声时的统计方差公式,并通过不同信噪比下的仿真验证了其准确性.建议避免在归一化频率误差较低的情况下使用加矩形窗的比值校正法来校正相位.     

频谱分析中用于相位和频率校正的相位差校正法

提出了一种对连续时域信号分前后两段作傅里叶变换,利用其对应离散谱线的相位差校正出谱峰处的准确频率和相位的新校正方法——相位差校正法,通过窗谱函数的公式还可以校正其幅值,以解决离散频谱分析中由于谱峰谱线没有对正峰顶时所带来的较大误差。该方法原理简单,通用性好,运算速度快,校正精度高,可以在不知道窗谱函数表达式的情况下,直接用其相位差进行求解。仿真研究表明,对单频率成分的频率、相位、幅值进行校正,频率误差小于0.0002个频率分辨率,相位误差小于0.1 度,幅值误差小于0.02% 。     

极低频信号的一种离散频谱校正新方法

对于振动工程中常见的极低频、极短时、极高频(接近奈奎斯特频率)等极端频率信号,常用的离散频谱分析与校正方法存在较大误差.对极端频率信号的典型情形进行了分析,针对极端频率信号中的极低频信号,提出了一种计及负频率成分干涉影响的离散频谱校正新方法.该方法基于Blackman窗,利用局部谱峰附近的三条谱线,建立包含正负频率贡献的离散频谱校正模型,通过对模型的求解获得频率、幅值和相位校正公式.采用频段内扫描的方式对频谱校正公式进行了仿真验证,结果表明所提方法有效降低了负频率成分的干涉影响,对极低频信号的频率、幅值和相位校正有较高的精度.     

密集频率数字信号的判定和校正方法

数字信号的频谱分析中,DFT只得到的频谱可以粗略确定实验信号各谐波频率,振幅和相位,单频谱谐波在其频率的某一邻域内的细化幅值频谱和相位频谱具有显著的特征,通过分析比较,单频率谐波细化频谱与矩形窗的频谱极其相似,依此为准绳,可以判定密集频率信号,进而通过待定谐波参数,选择合适的参数区间和步长组合循环计算,并用矩形窗频谱近似单频率谐波细化频谱的办法,则可以还原校正密集频率的谐波参数,校正精度略低于细化频谱对单频率谐波的计算结果,该方法可以较好的进行情况多变的多个密集频率频谱分析,越多的密集频谱,需要更大的计算量。     

基于相位差校正技术的动平衡信号高精度测量

提出利用相位差校正技术实现动平衡信号的高精度测量.对原始随机采样的振动信号序列时移构造相同点数的新序列,分别对这两个信号序列加对称窗函数进行FFT分析,利用各自离散频谱中对应峰值谱线的相位差求取信号幅值和相位的校正量,最后根据该校正量得到基频不平衡信号的特征参数,同时也说明了对称窗函数的选取原则.该方法的采样频率不受待测信号频率影响,不需要整周期采样,算法实现方便,实时性好,且加适当的窗函数可以消除信号中的谐波、噪声干扰.实验结果表明该方法能够实现动平衡信号参数的高精度测量.     

采样长度对阻尼识别的影响

传统观点认为阻尼识别方法受截断误差影响;增加采样长度,即增加采样点数,提高频率分辨率,可以减少误差,形成了采样时间长(即采样点数多)阻尼识别误差小的观点。但实际采样信号中包含噪声,对采样信号进行傅里叶变换时,噪声信号随阻尼信号一同被积分。将振动衰减信号作傅里叶变换,得出当采样时间超过4.6/n(n为阻尼值)时振动衰减信号频谱幅值与采样点数呈反比关系;对噪声使用统计分析,噪声频谱实际发生值不是期望值,而是主要在期望值与三倍标准差之间浮动,将噪声信号作积分推导得出噪声频谱幅值与采样点数的开方值呈反比关系。得出采样时间过长时,噪声信号将掩盖振动衰减信号,导致阻尼识别误差变大,通过计算推导得出了采样点数临界值的计算公式;运用仿真算例与悬臂梁敲击试验进行了验证。     

短记录加汉宁窗的频谱校正

基于解析单频模型建立的频谱校正方法难以应用于短记录的频谱校正,因为这时正频率附近的频谱显著偏离解析单频模型,背后的原因是实数信号中负频率分量的泄漏干扰.针对短记录加汉宁窗,给出了一种显式频谱校正方法,它利用局部谱峰附近的三条谱线.采用仿真手段对提出的方法进行了考核.不同仿真样本所含的信号周期数(CiR)从0.05变化到5,步长为0.01;相位从0°变化到179°,步长为1°.结果表明: 1)当CiR＞1时,最大频率误差小于10-10 Δω(Δω是快速傅里叶变换的频率分辨率),而幅值相对误差和相位误差的上限分别不超过10-10和10-7度; 2)当CiR＜1时,误差总体趋势随频率下降而增加,但即使对CiR=0.05,频率误差也不超过4×10-8Δω; 3)精度最高的条件仍然是整周期采样.     

准确求解固有频率提高分段积分阻尼识别精度及其应用

分段积分法是一种新近提出的阻尼识别方法,该方法的关键是需要准确识别信号固有频率。本文提出一种求解振动衰减信号有阻尼固有频率的方法,先使用傅里叶变换初估信号固有频率,通过两次积分运算构造出关于固有频率误差的方程组,解方程推导出计算公式,求得准确的信号固有频率,进而将其用于分段积分法识别阻尼。算例表明,该方法能够准确快速求解固有频率,通过控制整周期积分提高了阻尼识别精度,并且有益于准确计算出信号的幅值和相位,使得整个阻尼信号的识别和提取更加准确。将此方法应用于发动机齿轮室盖的阻尼识别。     

一种滤除衰减简谐振动信号中奇异点的新方法

提出了将带有奇异点的衰减简谐振动信号成分转换成简谐信号 ,再用畸点衰减法滤除奇异点的新思想。在分析衰减简谐振动信号与简谐信号幅值特性的基础上 ,发展了通过在衰减简谐振动信号中乘以逆衰减因子 ,将衰减简谐振动信号成分变换成简谐信号的新方法。对仿真和实测信号的应用研究表明 ,所提新方法切实可行且精度较高 ,能满足工程实际需要。     

基于复解析带通滤波的自由衰减振动信号的频谱校正法

通过复解析带通滤波构造时域信号的解析信号,消除因时域实信号作FFT时由于时域截断产生的负频率成分能量泄露对正频率成分的干扰,从而提高自由衰减振动信号频谱校正精度。仿真分析及工程实测结果表明,当各个固有频率相隔较远时,校正精度很高。但在各阶固有频率靠得很近时不能直接使用这种方法。     

考虑内阻尼的梁结构耦合点处近场耗散功率分析

以考虑结构内阻尼系数的Euler-Bernoulli梁为理论基础,建立了以任意角度耦合的简单三叉梁结构波动方程,根据耦合点处平衡条件和连续性条件得到了在分别给定弯曲波激励和纵向波激励情况下近场波的幅值,由于内阻尼系数的引入,近场项将消耗功率,根据振动波幅和振动功率之间的关系求得到耦合点处近场耗散功率系数,算例研究了内阻尼系数、耦合角度和激励频率对一种特定三叉梁近场耗散功率系数的影响,得到了一些至关重要的结论,对耦合梁结构振动设计有着重要的指导意义。     

半功率带宽法与INV阻尼计法求阻尼比的研究

半功率带宽法是国内外常用的测试阻尼的方法，笔者发现半功率带宽法由于受到信号处理中的①采样频率SF②频率分辨率△f③采样频率与信号频率之比K④采样分析的长度T和⑤阻尼比D的大小等因素的影响使得测得的阻尼比值波动很大，除少数状态是可信的外，多数状态是不稳定的，有时误差惊人，得到的测试数据不能使用，易导致错误的结论。文内提出了一种创新的INV阻尼计法，它具有高精度、高准确率、操作方便等特点，使阻尼比测试有了一个突破。文内把两种方法与时域波形衰减法求阻尼比进行了对比分析，以供同行专家参考。     

滚动碰撞式调制质量阻尼器力学模型及参数分析

滚动碰撞式调制质量阻尼器(PTRMD)由调谐质量阻尼器及颗粒阻尼器发展而来,其在土木工程减振控制领域中的研究仍处于初步分析与探索阶段,阻尼器自身参数及外部激励条件对其减振性能的影响尚不明确。在考虑颗粒与主体结构碰撞和摩擦效应的基础上,建立PTRMD力学模型,并将颗粒和结构的振动过程划分为非碰撞过程、碰撞过程及黏滞振动过程;建立PTRMD-单自由度结构运动微分方程并分别对其进行求解;基于数值仿真分析方法,分别对碰撞间隙比、颗粒运动频率比、滚动摩擦因数、碰撞恢复系数、颗粒质量与简谐激励强度及频率等参数对PTRMD减振性能的影响进行研究。结果表明:颗粒运动频率比较小时,PTRMD减振效果随碰撞间隙比的增加而基本成线性增加,且受激励幅值的影响较小;当颗粒运动频率比较大时,其减振效果随碰撞间距比的增加先增大后减小,且受激励幅值影响较大。     

减振型阻尼钢轨有限元分析

利用有限元ANSYS软件对6种阻尼结构钢轨进行谐响应分析,通过比较加速度-频率响应曲线以及结构的损失因子,确定最佳阻尼设计方案。分析结果表明：采用约束阻尼处理技术制成的减振型钢轨有良好的减振效果;在较宽的频率范围（0-5000Hz）内获得较好的减振降噪效果,再综合经济、加工难易等因素,得到约束层厚度为3cm、阻尼层厚度为2cm以及约束材质为铝材是较为合理的。     

柔性基础上非线性隔振系统的动力学分析

建立柔性基础非线性隔振系统的理论模型，用频率变化的正弦波模拟波浪的激励作用，船体看作是一个柔性梁，船体与安装部件之间采用非线性隔振支承。运用谐波平衡和Newton迭代方法对模型进行近似理论求解，并采用功率流对系统隔振效果进行评价，讨论了非线性刚度、阻尼以及波长的变化对功率流传递的影响。分析结果表明，刚度和波长越大隔振效果越差，低频段增大阻尼有利于隔振，高频段增大阻尼隔振效果急剧下降。     

基于增量谐波平衡法的覆冰输电线舞动分析

覆冰输电线的舞动是一种非线性振动。应用增量谐波平衡法推导了覆冰输电线的有限元分析模型及运动平衡方程,并对舞动方程进行了求解。该方程具有非线性平方及立方刚度项、平方及立方粘滞阻尼项。把振动过程分解成为瞬态的持续增量振动过程,迭代求出舞动频率及振幅,求得方程解的表达式。结合实例分析了输电线舞动的极限环现象和谐波项数的取值问题,与时程积分方法分析结果比较表明吻合较好。对风速增量进行了参数分析推导,算例表明不同风速下覆冰输电线舞动频率与振幅是不同的,在某个临界风速处会发生舞动分岔。