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.本文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,以及编程中的一些要点和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、识别密集模态效果好等优点充分展示出来.     

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。     

振动板辐射噪声的结构主动控制

以平板为例，在时域里建立结构一声辐射模型，采用时域瑞利积分构造辐射算子，给出时域声辐射模态的计算公式；研究表明这些辐射模态能独立的辐射声功率，因此可实现对某一阶辐射模态进行单独控制而不影响其它各阶；并且时域辐射模态的一个重要特点是振动结构辐射的声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定，在此基础上运用状态空间法进行平板结构辐射噪声的结构主动控制研究，并通过数值计算对控制效果进行了验证。     

随机减量模态识别的试验研究

本文采用随机减量技术和ITD时域法对某一悬臂梁进行了试验模态参数的识别。综合研究了随机减量和ITD方法中各参数对分析结果的影响,提出了一些工程上可用的参数选择方案。本文在IBM286微机上建立了数据采集、信号处理和参数识别等完整的时域模态参数识别软件,并与谱分析结果进行了对比,获得了比较满意的结果。     

用时域法和频时域法识别桥面移动车载

基于欧拉梁模型,本文利用时域法和频时域法由桥梁响应识别桥面移动车载并重点讨论了几个主要参数对识别结果的影响。这些参数包括模态数、采样频率、车速、响应测点位置和测点数等。结果表明：车桥试验室模型是成功的,用时域法和频时域法均能得到满意的识别结果,但以时域法实用性更强、精度更高,可以直接用于桥面移动车载识别的现场试验。     

泄洪激励下高拱坝模态参数识别研究

模态参数的准确识别是对在线结构进行健康监测和损伤诊断的难点和核心之一。以拉西瓦拱坝水弹性模型为工程背景，对拱坝的模态参数进行时域识别。针对时域法所面临的噪声干扰以及由它引起的虚假模态识别与剔除和模型定阶问题，用小波技术对时域信号进行了消噪处理，综合自然激励技术和特征系统实现算法对环境激励下的拱坝结构进行模态参数识别，并用模态置信因子对虚假模态进行剔除。引入奇异熵的概念，建立了用奇异熵增量来实现系统定阶的方法和过程，研究表明，该方法得到的系统阶次有效可靠，使得定阶的界线更加清晰和稳定，避免了其它时域算法对系统定阶的盲目性，提高了数据处理和模态参数识别的速度。     

振动系统参数时域识别的实践

本文阐述了用Ibrahim时域法和最小二乘时域法辨识振动结构模态参数的实施过程。利用柴油机推进轴系的横向振动试验及盘轴扭转振动模型的测量数据对固有频率及阻尼比进行了识别。得出的频率值与振动响应谱分析所得数值极为接近。文中还讨论了这些算法的特点以及使用微处理机进行数据采集的一些枝巧。     

GARTEUR飞机模型模态参数识别

对GARTEUR飞机模型进行模拟环境激励下的模态实验,同步采集多通道时域响应数据,基于MATLAB软件平台,采用小波变换的方法对响应数据进行处理和分析;在密集模态分离和小波脊线提取方面,提出了能量阈值法和局部能量极大值法相结合的新方法,最终利用线性拟合及最小二乘法求解飞机模型的模态参数,并与使用其他方法识别的模态参数结果进行比较,验证其可行性．     

高层建筑气弹模型模态参数识别

以某-492m高的超高层建筑为工程背景,讨论了3种不同方法对风洞试验气动弹性模型的固有频率、固有振型和阻尼比等模态参数的识别效果.首先采用初始激励自由衰减振动试验和频域分析方法(简称"初激励频域法")对该气动弹性模型的模态参数进行了识别.然后以TJ-2风洞中人工紊流风场为环境随机激励源,对该气动弹性模型进行了环境风随机振动试验,并分别采用环境风随机振动频域分析方法和基于响应相关函数的环境风随机振动时域STD方法对其模态参数进行了识别.结果显示:对于固有频率和固有振型,上述3种方法的识别结果比较接近;对于模态阻尼比,初激励自由衰减频域法的识别结果与具有钢芯棒悬臂结构的气动弹性模型模态阻尼比的经验范围相符,但环境风随机振动法的识别结果由于模型振动响应幅值较小而明显偏大.     

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.     

舰用燃气轮机框架模型的模态参数识别

本文采用一次有理正交多项式－多模态曲线合法对一舰用燃气轮机框架模型进行了实验模态分析，以Ｆｏｒｓｙｔｈｅ复合交多项式作为频响函数的理论值，用实测的频响函数建立系数矩阵，来寻找使目标函数最小的最优值，本文在ＨＰ９８２６微机上建立了建立了测试，数据采集及参数识别等系统识别软件，给出了具有工程实用意义的前五阶振动模态参数，识别结果和有限元计算相比较，令人满意。     

柱式负荷传感器的摆动支承振动分析

动态称重条件下,柱式负荷传感器的支承方式可分为弹性支承和摆动支承。动态称重时,摆动支承的称重系统表现出显著的振动特性,影响称重准确度和负荷传感器的疲劳寿命。针对摆动支承柱式负荷传感器,分析其运动特性得出摆动支承的稳定性条件,得到摆动支承下回复力与摆动角及施加的竖向力近似成正比的关系。利用达朗贝尔原理建立柱式负荷传感器摆动支承振动的动力学控制方程,分别对其自由状态和动态称重状态的动力学响应进行数值计算,得出支承振动振幅和回复时间的影响因素,为动态称重准确度的分析提供参考,同时也可作为称重系统减振的设计依据。     

Ambient Vibration Tests of a Steel Footbridge

The paper presents analytical and experimental modal analysis of a steel footbridge for modal parameter identification. 3D finite element model is established for the steel footbridge based on the design drawing and modal parameters are obtained from deformed configurations. The field test is carried out by ambient vibration test under human walking excitation. Both Peak Picking method in the frequency domain and the Stochastic Subspace Identification method in the time domain are used for the output-only modal identification. From the study, good agreement is found between mode shapes, but some differences in the natural frequencies and analytical frequencies are bigger.     

体育场主看台弧形挑篷风振响应分析的极坐标法

根据体育场主看台弧形挑篷的风荷载和振型函数特点,提出并建立了极坐标下计算主看台弧形挑篷风致振动响应的方法。以一实际体育场主看台弧形挑篷为例,根据风洞试验获得的该结构挑篷的非定常风压,用ANY SY时程方法、CQC频域方法和本文方法计算了其风振响应。结果表明,本文方法有足够的工程精度,比在直角坐标下描述荷载分布特性和响应特性有优势。     

汽车万向传动装置动态特性仿真分析

在Pro/E软件中建立万向传动装置的三维模型,并基于ADAMS软件和ANSYS软件进行动态特性仿真分析.采用理论计算和运动仿真相结合的方法,得到了十字轴万向节输出轴角加速度和角速度曲线,并对中间传动轴进行模态分析,得到了相应振型和固有频率.仿真结果表明:运动仿真曲线与理论分析基本一致,模态求解数据与试验数据相符;模型构建合理,仿真结果可靠;动态特性仿真可简化机械产品设计过程,为进一步优化万向传动装置结构提供指导.     

基于预实验分析的箱梁模型模态测试

以箱梁模型为实验对象,使用一种基于预实验分析的方法对箱梁模型进行模态识别。首先,在有限元模型模态分析结果的基础上,利用预实验分析确定合理的布点方案及最优激励点;再由预实验分析结果,采用激振器法对自由支撑的箱梁模型进行模态识别;最后,将实验模态与有限元模态进行相关性分析,以验证实验模态数据的可信性。实验结果表明,识别的四阶模态频率值与有限元分析结果在10%以内,前三阶在5%以内;与有限元模态相关性分析表明,实验测得的模态数据与有限元结果相似度高,尤其是对应前两阶模态振型相关性高达90%以上。     

轮轨横向滑动稳定性对曲线啸叫噪声的影响

车轮相对于钢轨发生横向滑动时,轮轨接触面上的摩擦力变化会引起曲线啸叫噪声。因此首先建立了车轮的状态空间模型和轮轨接触摩擦模型,对轮轨横向接触过程采用4阶Runge-Kutta法进行了时域分析,研究了如横向滑动速度、接触力、阻尼等因素对滑动过程稳定性的影响,并结合实例计算进行了验证,最终得出结论:轮轨横向滑动过程出现不稳定的主要原因是接触面间摩擦系数变化引起的自激振动;当车轮阻尼大于等效阻尼临界值时会使滑动过程稳定;轮轨间的垂向刚度和阻尼会使系统不稳定频率与车轮模态频率产生偏移。     

基于快速独立分量分析的模态振型识别方法研究

摘要：快速、准确地识别出结构的模态参数,特别是结构的振型是结构损伤精确识别与健康监测的重要前提。大多的模态参数识别时域方法都是从曲线拟合的角度或解算特征值的过程来实现。振型向量通过求解各阶模态的留数获得,这些方法依赖于模态频率与模态阻尼的识别。本文提出一种模态振型的直接提取方法,该方法基于快速独立分量分析技术,以模态响应之间的独立性构造目标函数,通过优化目标函数寻求振型向量的最优解,直接从结构自由响应或脉冲响应的数据矩阵中提取结构的振型向量。三自由度数值算例表明该方法有效,具有很高的识别精度且对测量噪声具有很好的鲁棒性。     

粘弹性分数阶导数模型的有限元法

本文给出了粘弹性分数阶导数模型的有限元格式,并用模态分析的方法进行了运动方程解耦。用Laplace变换及其反变换,解析地计算了解耦后单自由度系统的时域和频域响应。时域响应被分为极点部分和截断部分,它们分别代表短期内的衰减振动和长时间内的缓慢恢复效应。以一维杆件为例,对有限元算法和解析解做了对比,分析了响应精度与单元个数的关系。结果表明用有限元法计算的位移接近解析解,而要得到准确的高频加速度响应,则需要划分许多单元格。     

应用时频分析方法辨识时变系统的模态参数

应用Gabor展开及Hilbert变换进行时变线性系统模态参数的辨识。利用非平稳信号的Gabor变换将结构响应信号表示在时频面上，并通过Gabor展开重构分离模态分量，建立每一阶模态的时变线性模型。对单模态时变线性模型应用Hilbert变换来辨识随时间变化的模态频率和阻尼。通过对刚度和阻尼慢变的两自由度系统模态参数的仿真辨识验证辨识方法的有效性。仿真结果表明：本文方法为时变线性系统的模态参数辨识提供了一条新的途径。