基于信号时频分析理论识别时变模态参数实验

为研究温度对结构模态参数的影响设计了一套温度可控的实验设备。在这套实验设备提供的可控温度环境中采集悬臂梁结构的加速度响应信号,利用基于信号时频分析的模态参数辨识算法处理实验数据,得到其时变模态参数,包括固有频率和振型,以此研究温度对其模态参数的影响。分析结果显示了基于信号时频分析的模态参数辨识算法在处理非平稳信号以得到结构的时变模态参数上的应用前景,更重要的是实验数据的分析结果较好地反映了温度对结构模态参数的影响,为热环境下结构振动特性分析提供了可靠而且有价值的分析方法和实验依据。     

一种新的固有频率跟踪及虚假频率剔除方法

针对时变参数辨识中常见的固有频率辨识和虚假频率剔除问题,引入了一种基于新信息准则的子空间跟踪辨识算法,结合实验提出了一种消除虚假固有频率的后处理方法。首先,利用基于新信息准则的子空间跟踪算法辨识出伪时变模态参数;其次,通过聚类方法估计各阶伪固有频率;最后,利用滑动的数据窗比对数据剔除虚假频率。该方法仅需要给出预估的活动模态数即可。不同频率变化形式的仿真算例结果证明了本研究方法较其他辨识算法在信号信噪比较低时具有较高的辨识精度。高温环境下的时变模态实验也验证了该方法的可行性,说明该方法在实际工程中具有较高的应用价值。     

机床垫铁刚度特性辨识方法研究

机床垫铁的刚度阻尼特性对整机动态性能有着重大影响。在分析机床垫铁结构的基础上,利用基于经验数据的计算方法和基于实验测试的辨识方法,分别得到了垫铁的刚度阻尼特性参数。研究了不考虑垫铁刚度、基于经验数据计算和基于模态测试辨识的垫铁刚度阻尼特性对床身谐响应特性的影响。频响函数仿真与实验对比结果表明,机床在设计及性能仿真时必须考虑垫铁刚度,且基于实验测试辨识方式获得的参数具有更高的精度。     

基于Gauss滤波和Hilbert变换的模态参数辨识算法

通过Gauss滤波和Hilbert变换相结合的方法,对柔性结构的模态参数进行了辨识。仿真计算结果表明,该方法可以十分有效地辨识出结构的相近模态参数,并具有较好的抗噪声性能。应用该方法,完成了空间柔性桁架结构的模态参数辨识,得到了比传统处理方法更接近理论计算结果的结构模态参数,能够有效地避免柔性结构参数辨识中的漏频现象,并具有高的辨识精度。     

结构应变模态辨识的特征系统实现方法

应变模态可以分析动载下结构的应力状态。文中将基于位移响应数据的特征系统实现算法应用于应力应变分析中，建立基于应变测量数据的结构动力学参数辨识方法。首先建立应变的状态空间描述方程。由于应变模态和位移模态是同一物理状态的两种不同表现方式，二者的数学表达式具有相似性，前者是后者的相似变换。在此基础上，给出应变格式的ERA识别方法。利用应变格式进行eigensystem realization algorithm(ERA)分析；不仅可以辨识出结构的频率、阻尼比等动力学参数，而且还可以辨识得到相应的结构应变模态，从而建立应力应变预测响应模型。数值仿真和实验验证表明，该方法对结构应变模态有快速准确的辨识能力。     

移动质量简支梁耦合时变系统建模与实验设计

建立了移动质量简支梁耦合时变系统的动力学模型,通过数值仿真分析了移动质量速度及加速度对耦合时变系统模态参数的影响,得到移动质量诱导产生的附加阻尼。设计并搭建移动质量简支梁实验系统,通过参考实验得到实验系统的初始阻尼,并分别采用频域和时域模态参数辨识方法对质量块不同移动速度下的实验系统进行辨识。结果表明,所建立动力学模型能够对移动质量问题进行准确描述,实验系统可为时变结构动力学分析的理论研究提供实验支持,特别是对时变结构模态参数辨识方法进行实验验证。     

改进匹配追踪法在导波检测信号处理中的应用

提出了基于差分进化算法的改进匹配追踪方法,对超声导波无损检测信号进行处理。选取与超声导波回波信号时频特性相近的高斯调制余弦信号作为匹配原子,利用差分进化算法提高全局参数寻优的计算效率,通过叠加每个匹配原子分量的Wigner-Ville分布得到无交叉干扰项的时频分布。实验检测信号处理结果表明,该方法极大提高了参数搜索效率,通过时频分布特征对比可以有效地从回波信号中实现缺陷辨识。     

基于实验台架的某机枪实验模态分析研究

搭建了基于DASP的试验模态分析系统,在DASP系统模态分析模块下对基于试验台架的某型号高射速机枪进行了简化建模。采用多点激励单点响应法,对该型号机枪进行锤击实验,对所采集数据进行分析处理,建立传递函数。在时域内采用特征系统实现算法(ERA),在频域内用不同的方法对其进行定阶、拟合。综合各种方法进行对比,对所定阶数进行优化,去除虚假模态,获得了该试验台架机枪系统的各阶模态参数,为基于实验台架的该型号高射速机枪自动机故障诊断工作提供了可行性的理论证明,也可以作为进一步改进机枪的结构特性以及基于模态分析的损伤识别等提供理论依据。     

ICA在模态参数识别和故障诊断中的应用

模态参数识别是故障诊断中的常用手段之一。通过独立分量分析(ICA)技术将结构的自由振动响应信号分解为若干个解耦的单自由度信号,进而结合Hilbert变换识别模态参数。通过数值仿真分析了不同ICA算法在不同工况下识别结构模态参数的可行性,并将识别精度较高的二阶盲辨识(SOBI)方法应用于悬臂梁裂纹故障实验。实验结果表明,裂纹故障产生时结构的各阶固有频率都存在不同程度的降低,且高阶固有频率降低的尤为明显,为机械设备故障诊断提供了有力的参考依据。     

采用二次经验模态筛选的谐波辨识方法

谐波辨识研究在智能电网发展中占有重要的地位,采用传统Hilbert-Huang变换(Hilbert-Huang transform,HHT)对该类非稳态信号进行处理时,会产生模态混叠、端点效应等影响信号分析精度的问题。针对此情况,提出一种模态筛选算法,采用屏蔽信号(masking signal)与原扰动信号叠加实现对模态混叠的抑制,通过端点非镜面对称延拓消减Hilbert变换(Hilbert transform,HT)后的端点"飞翼",并提出二次经验模态筛选算法来提高固有模态函数(intrinsic mode functions,IMFs)中所含频率的唯一性,从而改善对非稳态信号的分析精度。稳态和非稳态信号谐波辨识实验验证了该算法在谐波辨识中具有很高的抗干扰性和准确性。     

移动最小二乘法的时变结构模态参数辨识

研究时变结构模态参数辨识,基于泛函矢量时变自回归模型(Functional series vector time-dependent AR model,FS-VTAR)提出一种改进的移动最小二乘法的时变结构模态参数辨识方法。该方法源于无网格法中构造形函数进行局部近似的思想,引入带权正交基函数对移动最小二乘(Moving least square,MLS)的基函数进行改进,使得在辨识时间域内构造形函数矩阵过程中不再出现数值条件问题,从而提高了计算精度。把时变系数在形函数上线性展开,利用最小二乘法得到形函数的系数,从而得到时变系数。把时变模型特征方程转换为广义特征值问题提取出模态参数。利用时变刚度系统非平稳振动信号验证该方法,结果表明:改进的移动最小二乘法相比于传统的FS-VTAR模型能有效地避免基函数形式的选择和很高的基函数阶数且更加高效,相比于移动最小二乘法能有效地避免辨识过程中的数值问题,具有更高的模态参数辨识精度。     

IDENTIFICATION OF TIME-VARYING MODAL PARAMETERS USING LINEAR TIME-FREQUENCY REPRESENTATION

A new method of parameter identification based on linear time-frequency representation andHilbert transform is proposed to identify modal parameters of linear time-varying systems frommeasured vibration responses. Using Gabor expansion and synthesis theory measured responses arerepresented in the time-frequency domain and modal components are reconstructed by time-frequencyfiltering. The Hilbert transform is applied to obtain time histories of the amplitude and phase angle ofeach modal component, from which time-varying frequencies and damping ratios are identified. The     

线性时变结构模态参数时域辨识方法的研究进展

随着工程领域的不断拓展,越来越多具有显著时变特性的工程结构进入应用,时变结构动力学问题日渐凸显。从反问题的角度出发,介绍了时变结构动力学问题的研究背景与时变结构模态参数辨识的意义。在对时变结构模态参数辨识方法进行分类的基础上,给出了从参数化时域辨识模型中提取"时间冻结"模态参数的过程。系统全面地总结了时变结构模态参数时域辨识方法的研究进展,归纳了现阶段可用于辨识方法验证的实验系统,指出了该领域目前存在的一些问题以及今后需要进一步研究的主要方向。     

基于遗传算法的梁结构边界条件识别

利用波动理论建立梁结构振动的行波模型,并基于遗传算法提出了一种识别梁结构边界条件的新方法。该方法直接利用结构振动的频响函数,将边界条件的识别问题转化为优化问题,然后利用遗传算法的全局优化特性得到全局最优解。实验结果表明,本文提出的方法能够很好的识别结构的边界条件。     

U型梁振动参数的子空间辨识

子空间 (Subspace)方法是辨识结构系统动力学模型的一种新的时域方法。本文应用该方法于一 U型梁试验件的振动参数求取。通过一个二入四出系统对该 U型梁进行了振动试验 ,并直接利用实验测量数据 ,辨识出结构的状态模型 ,进而求得其振动参数 ,获得了准确的结果     

一种基于多场景模式的结构损伤鉴定方法

结构损伤会直接影响结构模态参数的变化,但是如何利用结构模态参数的变化找到结构损伤部位及损伤级别是一项具有挑战性的工作,因为结构损伤鉴定是一个具有高度不确定性的反问题.文中提出了基于多场景模式的损伤鉴定方法,它通过预设较少的损伤场景来克服这一问题:首先建立一个高置信度的有限元模型,然后利用该模型预测不同损伤模式对结构模态参数的影响,最后将结构损伤鉴定问题转化为各场景模式对模态参数变化影响的合成问题.文中还通过简单实例完成了方法验证.     

基于VMD和广义Morse小波的结构瞬时频率识别

提出了基于变分模态分解和广义Morse小波相结合的时变结构瞬时频率识别方法。首先,针对噪音干扰问题，提出了快速阈值迭代算法，通过将信号转换到小波域，利用信号稀疏特性进行降噪;然后,提出了基于变分模态分解和广义Morse小波的时变参数识别理论，采用数值算例验证了提出方法的有效性和精度;最后,设计了一个具有时变特性的移动小车试验，进行模态试验对结构有限元模型进行校正。采集小车通过主梁时的应变和加速度响应，由应变数据估算小车不同时刻在梁上的位置，对加速度响应数据进行分析识别结构的瞬时频率，与有限元计算的结果进行对比分析。结果表明，提出的方法可以有效准确地识别时变结构瞬时频率。     

Measurement and correlation of high frequency behaviors of a very flexible beam undergoing large deformation

A correlation method of high frequency behaviors of a very flexible beam undergoing large displacement is presented. The suggested method based on the experimental modal analysis leads to more accurate correlation results because it directly uses the modal parameters of each mode achieved from experiment. First, the modal testing and the parameter identification method are suggested for flexible multibody dynamics. Due to the flexibility of a very thin beam, traditional testing methods such as impact hammer or contact type accelerometer are not working well. The suggested measurement with high speed camera, even though the test beam is very flexible, is working well. Using measurements with a high speed camera, modal properties until the 5th mode are measured. And After measuring each damping ratio until the 5th mode, a generic damping model is constructed using inverse modal transformation technique. It’s very interesting that the modal transformation technique can be also applied even in the ANCF simulation which uses the global displacement and finite slope as the nodal coordinates. The results of experiment and simulation are compared until the 5th mode frequency, respectively, by using ANCF forced vibration analysis. Through comparison between numerical simulation and experiment, this study showed that the proposed generic damping matrix, modal testing and parameter identification method is very proper in flexible multibody dynamic problems undergoing large deformation.