基于传递率函数的运行模态分析方法

传统的运行模态分析方法在推导过程中多假设激励为白噪声,造成在应用上有一定的局限性。提出了一种基于传递率函数的运行模态分析方法,无需采用白噪声假设,利用两种不同载荷情况下的传递率函数构造有理函数,通过有理分式Forsythe正交多项式法对其进行拟合,得到模态频率、阻尼和振型参数。最后,采用机翼模型仿真算例和悬臂梁实验,验证了在非白噪声激励情况下该方法的有效性与可靠性。     

基于视频测量的运行状态模态分析

视频测量技术通过摄像机记录被测结构的振动过程,采用图像处理方法实现对结构上测点的多目标跟踪,具备全场非接触、测试过程简便、测量精度高等突出优点。基于摄像机成像模型,采用光束法平差提取出结构测点三维方向位移振动信息,每个测点等效于一个三轴"微位移传感器",对多测点目标跟踪可视为多通道同步数据采集。对摄像机成像系统进行校准,依照结构形状特性分布测点,由结构静止时各测点的空间位置构建出测试结构的几何模型,进行视频采集和多目标跟踪获取各测点动态响应数据,采用运行状态模态分析方法,识别出被测结构的固有模态参数。基于视频测量实现了测试结构几何建模和信号采集,并与模态分析软件紧密结合,形成了完整的视频采集与分析系统,具备良好的空间域展现能力,特别适用于柔性低频结构的动态测试与分析。以轻质风扇叶片、若干树叶等结构为对象进行实验研究,验证了该技术和方法的有效性。     

基于频响函数的稳健有限元模型修正

传统的基于频响函数(frequency response function,简称FRF)的模型修正方法在测试噪声较大、初始分析频响与测试频响残差较大、待修正参数较多等情况下不易收敛,为此提出了一种采用移频技术的极大似然估计有限元模型修正方法。首先,利用"先验"的频响函数方差信息,构造极大似然估计器,迭代求得最优的待修正参数估计;其次,在迭代方程中引入移频方法,采用总体最小二乘平差方法计算方程的解,以提高参数识别的收敛性和稳定性;最后,根据频率点的筛选准则剔除数据,采用一种高精度的频响扩充方法以减小扩充所带来的额外误差。列车转向架构架仿真算例和三角机翼飞机测试模型的修正结果表明,该方法抗噪性较强,在复杂情况下仍可以得到较好的修正结果。     

城市轨道交通高架段振动衰减规律研究

城市轨道交通的高架线路下面通常为公路,对于交通繁忙路段无法按照轨道交通的环境评价准则中规定的测点位置进行长时间的振动测量。为此,以最大Z振级为评价量,研究轨道交通高架段的振动衰减规律,为极端条件下通过替代点测量的源强值修正提供试验数据支撑。首先,提出一种基于计权网络频响函数的最大Z振级计算方法;然后,以南京地铁的高架段线路振动测试数据为例,计算不同距离测点条件下的最大Z振级,以研究高架路段振动衰减规律。     

基于谱峭度的谐波模态检测方法

在旋转机械领域,周期激励的存在使运行模态分析中含有谐波模态。根据结构模态和谐波模态的谱峭度值的不同,该文提出了基于谱峭度的谐波模态辨识方法。首先,给出了谱峭度的定义及其无偏估计算法;其次,从理论上证明应用此方法不需要滤波处理,并提出了简单且易于实现的优化方法;然后,应用频域空间域分解算法分离出谐波模态去除其对结构模态的影响;最后,通过仿真及实验成功检测出了谐波模态并消除其影响,验证了方法的有效性和可靠性。     

计及噪声激励的模态参数识别方法

对结构进行模态分析时,若被测结构同时存在人工激励和环境噪声激励,充分利用噪声响应可以得到更优结果。基于无参数噪声模型,提出一种计及噪声激励的试验模态参数识别方法。由谱分析法计算出噪声响应的自谱-互谱矩阵,然后根据Hilbert变换理论估计出仅噪声响应的类频率响应函数。将该函数用于扩充基于人工激励估计出的频率响应函数矩阵,并使用多参考点最小二乘复频域法识别出结构模态参数。采用弯扭二自由度机翼模型仿真算例和飞机模型实测算例,对该方法的可靠性进行了验证。将所提方法与传统方法比较,结果表明:该方法更可靠、参数识别更准确。     

谐波噪声下的试验模态分析

试验模态分析中通常使用平均方法处理由实验环境引起的随机噪声。当测试环境中含有周期噪声时,很难通过平均方法去除,在频响函数中会产生虚假共振峰,影响结构参数识别精度。该文提出了基于增强概率统计的谐波响应检测方法,将物理坐标下的响应信号变换到模态坐标中,并根据谐波信号的统计特性检测出谐波成分。提出了一种基于谐波分解与重构的谐波去除方法,用于消除谐波成分对结构参数识别的影响。通过平面刚架的仿真算例和GARTEUR飞机模型实测算例阐明了提出方法的实现过程,验证了其可靠性。     

基于最小二乘离散状态空间的振级计算方法

在振级计算过程中，需按要求对加速度信号进行计权。最常见的计权方法是利用带通数字滤波器提取各个频程内的加速度信号并乘以对应的计权因子，在合适的滤波参数下，该方法具有良好的计算精度，但计算效率较低。针对此问题，提出一种基于状态空间的加速度计权方法。首先，采用最小二乘算法，将频率计权传递函数转换为单输入-单输出离散系统的状态空间矩阵；其次，将原始加速度信号作为该离散系统的输入，所得系统输出信号即为计权加速度；最后，通过仿真和实测算例验证了该方法的高效性和精确性。