频响函数计算的级数展开法

运用级数展开原理,导出了频响函数计算的级数展开法。该方法在非完备模态集下仍能给出高精度的频响函数,从而可在工程中广泛应用。算例表明,该算法是有效的。     

基于伪频响函数矩阵法的运行模态分析方法

基于传递率测量的伪频响函数法运行模态分析技术无需白噪声激励假设,具有强"谐波模态抑制"能力,但其模态识别结果依赖待分析伪频响函数的选取、稳定性欠佳。为解决该问题,建立了基于伪频响函数矩阵法的运行模态分析方法。该方法首先构造多参考测点、多参考工况的伪频响函数矩阵,然后基于伪频响函数矩阵采用最小二乘复频域法求解模态频率和阻尼比、基于传递率函数矩阵求解模态振型,最后通过建立相应的稳态图并结合以多参考测点平均的传递率函数矩阵第2阶奇异值的倒数为基础的模态指示函数来确定模态阶数与最终的模态结果。5自由度质量-弹簧-阻尼系统仿真结果及自由梁的运行模态试验结果均表明,提出方法既继承了基于伪频响函数法的运行模态分析方法的强"谐波模态抑制"能力,亦能有效解决伪频响函数法识别结果稳定性欠佳的问题、一定程度上提高模态识别精度,且更利于自动化。     

基于模态分析的振动筛结构修改研究

阐述了模态分析下对结构修改再分析的基本方法,分析了结构小修改时基于频响函数法的模态参数识别,给出实例说明利用频响函数方法进行结构动力修改分析的过程,可为振动筛的设计和动力修改提供重要参考。     

基于模态预测及敏度分析的机床动特性设计方法

为了提高机床的动态性能,以机床整机固有频率和频响函数振幅为目标,提出基于机床测试数据、进行试验模态分析及灵敏度计算的机床动态特性设计方法。方法首先提取机床测试数据建立机床结构原型模型,逐步计算机床大件结构和整机的固有频率对刚度、质量的灵敏度,确定结构薄弱环节;继而,对薄弱结构,采用模态预测和灵敏度分析方法设计计算,获取更合理的质量和刚度;之后,将设计分析结果输入LMS_Test.lab软件,借助软件完成对原型结构的模态修改,对修改后结构的动力学特性进行模态预测;最后,进行预测结果模态置信验证,确认模态预测的正确性,完整机床动态特性设计方法体系。将该方法应用于实际机床设计中,对比整机优化前后的频响函数曲线和仿真分析验证均证明,基于模态预测及灵敏度分析的机床动态特性设计方法完成的机床优化设计使得机床固有频率得到提高的同时振幅下降,机床的大件结构及整机的动态性能均有提升。     

基于频响函数识别结构非线性模态参数的方法

提出了一种基于频响函数识别结构非线性模态参数的方法,利用线性的模态分析技术,结合响应幅值线性化理论,通过步进正弦扫频测试激励非线性结构,得到结构在不同激励水平下的频响函数信息,最终识别得到非线性模态参数:包括与位移幅值相关的固有频率、与速度幅值相关的阻尼比。通过单自由度非线性系统与线性系统的对比,验证该方法的可行性。通过提取系统的非线性等效刚度、阻尼函数,与谐波平衡法的结果进行对比,验证该方法识别的准确性。     

高速电主轴的试验模态分析

基于模态分析理论,采用单输入/多输出识别法(SIMO)对高速电主轴进行了自由模态试验,介绍了试验方法,得到了所有测点的频响数据.将全部频响数据作集总频响函数,并与相干函数结合分析试验结果,提取了该电主轴的模态参数(固有频率、阻尼和振型),研究了其固有特性.试验结果表明电主轴的基频低于其1阶固有频率,符合电主轴正常工作的基本要求,并用MAC值验证了模态试验的正确性.     

基于正交多项式和稳定图的密集模态参数辩识

由于正交多项式算法在频响函数模态参数拟合时,模态数目和多项式分子阶次较难确定,无法对拟合过程进行干涉。在原有算法的基础上,通过结合稳定图和模态指示函数,确定了频响函数的模态数目和极点（阻尼及固有频率）;在已知极点的基础上,由线性最小二乘方法对留数进行估计。此外,该方法被扩展到频响函数的整体拟合。通过将该方法应用于模态耦合严重的频响函数模态参数估计,并与原有正交多项式算法及商业化软件M E’scopeVES进行对比,表明该算法在避免虚假模态或发生模态遗漏现象的同时,拟合结果准确、稳定,抗干扰能力强。     

模态参数的最小二乘复频域局部求解方法

为了准确识别频率响应函数不一致情况下的模态模型,建立了一种模态参数估计的最小二乘复频域局部求解新方法。以轻质板为例,在传感器质量过大导致频响函数不一致时,利用最小二乘复频域法的整体求解和局部求解两种方法分别识别了其模态模型。对比两者的结果可见:相比于整体求解方法,采用局部求解方法获得的轻质板模态频率与标准试验误差很小,自由状态下的模态振型与理论振型亦相一致,表明最小二乘复频域局部求解方法在频响函数不一致的情况下能够准确识别模态模型。     

基于奇异值分解的频响函数降噪方法

为了提高外场测试中频响函数的信噪比,提出了一种基于奇异值分解的频响函数降噪方法。该方法首先对脉冲响应函数在相空间内进行重构;然后对重构轨道矩阵进行奇异值分解达到降噪的目的。其中,降噪阶次通过奇异熵增量进行确定。采用GARTEUR飞机模型建立具有密集模态的仿真算例进行验证。结果表明,在噪声干扰较大时,该降噪方法能够显著改善模态参数的识别精度,尤其是阻尼的识别精度。     

有色噪声激励下基于应变响应的频域拟合算法

提出了一种有色噪声激励下基于应变响应的工作模态参数识别方法。首先,从应变频响函数出发,将工作模态参数识别方法应用到有色激励下的应变响应信号,推导出仅利用应变响应的多自由度系统模态参数表达式;其次,对悬臂梁进行数值仿真,分析了模态识别误差并验证了该方法的有效性;最后,通过悬臂梁实验验证了在真实有色噪声环境中,该方法依然具有很高的识别精度。     

Adaptive mode superposition and acceleration technique with application to frequency response function and its sensitivity

An adaptive mode superposition and acceleration technique (AMSAT) is proposed and implemented into the computation of frequency response functions (FRFs) and their sensitivities. Based on the mode superposition and mode acceleration methods for the FRFs, m-version, s-version, and ms-version adaptive schemes are presented. In these schemes, the error resulted from the mode truncation and/or series truncation is, at first, estimated at every specific frequency, respectively. Then, one more mode (called m-version), or one more level of the series (called s-version), or the combination (called ms-version) is included in the computation of the FRF when its error is greater than the error tolerance. The new FRF is recalculated and its error is re-evaluated. This procedure is repeated until all the errors fall below the specified value. Although only the implementation of FRFs and their sensitivities is demonstrated in this paper, the proposed adaptive technique may be applied to the computation of dynamic responses in time domain and their sensitivities, sensitivity of eigenpairs, modal energy, etc. One numerical example is included to demonstrate the application of the proposed adaptive schemes. The results show that the present schemes work very well. The s- and ms-version adaptive schemes are much more efficient than m-version scheme. Since the intention of this paper is to propose these new procedures, the damping, particularly the non-classical damping, is not included due to the complexity.     

模态辨识中随机减量技术的实用改进

针对模态辨识实践中的随机减量加速度特征信号奇异值问题和结构实模态提取问题,提出相应的特征信号截断方法和最小距离法,改善结构模态辨识效果。首先,分析随机减量加速度特征信号的奇异值产生原因,提出特征信号截断方法,用于后续Ibrahim时域处理;其次,通过优化模型建立最小距离法的计算公式,便于从辨识所得复模态中提取结构实模态;最后,通过数值算例和结构模型实验,验证所提方法的可行性。结果表明:随机减量加速度特征信号的有效截断比例可取为1/200～1/50;最小距离法适用于各种类型响应下的结构实模态提取,抗噪能力强。     

应变模态振型获取的一种简便方法

根据应变模态分析原理,定义了一个新的应变模态振型系数,提出了基于应变响应获取结构应变模态振型的一种简便方法,并通过简支梁实验进行了验证。研究结果表明,采用该方法无需测量位移模态,仅需采用单点激励,用电阻应变计测量结构上各测点的应变响应信息,即可获得被测结构应变模态振型,大大简化了应变模态在工程结构损伤识别中的实验检测分析过程。     

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。     

一种新的频响函数无偏估计方法

在对几种典型的频响函数估计进行分析的基础上，利用不相关信号的互功率谱多次平均趋于零的性质，提出了一种新的频响函数无偏估计方法。该估计方法不需要测试第3个信号即可达到无偏估计的目的，避免了测试系统过于复杂，减小了测试工作量和因过多环节的引入而降低估计精度的可能性。测试n组数据，可以进行n(n—1)／2次平均，平均次数是其他方法的(n—1)／2倍，提高了频响函数估计的精度。     

Vibration based damage detection using large array sensors and spatial filters

In this paper, a novel approach for vibration based damage detection is proposed. The approach relies on the use of a large network of sensors (possibly hundreds of them) to which a programmable linear combiner is attached. The linear combiner is programmed to work as a modal filter. The frequency content of the output of the modal filter is proposed as feature for damage detection. It is shown that if a local damage is present, spurious peaks appear in the FRF of the modal filter whereas if temperature changes are considered, the FRF of the modal filter is shifted but its shape remains unchanged. The approach is interesting because of the ability to differentiate between local damage and global environmental changes to a structure. Issues about the practical implementation of the method are discussed.     

FITTING MEASURED FREQUENCY RESPONSE USING NON-LINEAR MODES

The article is devoted to curve fitting of the measured frequency response functions (FRFs) of an actual beam with a non-linear component. A frequency response model, based on the non-linear normal modes (NNMs) approximated by the Ritz–Galerkin method and on a superposition assumption is built up. Identification of NNM is performed by minimising a cost function involving synthetised FRF and measured data and leads to natural frequencies, damping factors, mode shapes as functions of modal amplitudes.     

基于频响函数 Neumann 级数展开的有限元模型修正

针对有限元模型修正中测试自由度不完备、求解不适定的问题,提出了一种基于频响函数Neumann级数展开的模型修正方法。首先,利用测试和有限元分析模态数据构造完整的实测频响函数。然后,根据Neumann级数展开式建立实测频响函数与有限元模型频响函数之间的关系式,以此构建模型修正目标函数。最后,采用改进鲸鱼优化算法求解目标函数获取修正结果。通过平面桁架数值算例表明,该方法具有较强的噪声鲁棒性,模型修正精度较好,15%噪声时修正后的平均相对误差不超过1%。利用4层剪力框架结构测试算例进一步验证所提方法,结果表明,修正后的模型能反映结构真实状况。     

基于应变模态的模态应变能损伤识别方法

传统模态应变能计算需要完备模态振型信息,而模态振型信息中存在转角自由度难以准确获取的问题,为解决该问题,开展基于应变模态的模态应变能损伤识别研究,实现了结构损伤的定量识别。首先,通过基于应变与位移之间的联系,推导出应变模态与位移模态之间的转换矩阵;其次,利用应变模态代替位移模态计算单元模态应变能,建立基于灵敏度分析的损伤识别方程组;最后,根据奇异值截断法求解该方程组识别结构损伤。以一两端固支梁结构为对象,开展数值仿真和实验研究。结果表明,该方法可以有效识别出结构的损伤位置和损伤程度,相对于基于振型扩充的模态应变能损伤识别方法,具有更好精度和抗噪性能。