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。     

薄煤层采煤机振动特性研究

为研究复杂煤层赋存条件下薄煤层采煤机的振动特性,根据多体拓扑结构建立采煤机刚柔耦合模型,通过仿真得到采煤机在截割含夹矸韧性煤工况下前后滚筒受到冲击载荷作用时的动态特性。基于子结构模态综合方式(CMS)的振动疲劳分析方法,进行危险点动应力与模态振动的相关性分析,发现牵引部壳体在实际工作过程中产生具有3阶垂向弯曲模态特征的弹性振动;以不同测试点加速度频域响应为依据,分析采煤机振动对其电控系统以及液压系统的影响,判断测试点加速度与模态振动的相关性,同时确定出牵引部柔性壳体的高动应力区域及其结构疲劳性质。分析结果为薄煤层采煤机的优化设计、后续测试、安全性评价提供了重要的参考。     

基于有效独立的改进传感器优化布置方法研究

随着结构健康监测技术的发展,传感器优化布置问题日趋突出。综合考虑有效独立法和模态动能法的优缺点,分别以平均加速度幅值和模态动能修正有效独立法的传感器优化布置结果,提出了两种基于有效独立的改进传感器优化布置方法———有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)。运用模态动能准则、平均加速度幅值准则、Fisher信息矩阵准则、截断模态矩阵条件数准则、模态置信准则评价并比较上述两种方法及有效独立法、模态动能法、有效独立驱动点留数法和有效独立驱动点残差法。实际钢井字梁采光顶结构算例结果表明,本文提出的有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)在考虑截断模态线性独立的同时都能自动选择具有较高平均动态响应和模态动能的测点位置,有较强的抗噪声性能,在六种方法中布置结果最为有效。     

协同进行遗传算法在传感器优化配置中的应用

动态测试中,为了获得精确的试验模态参数,需将传感器配置在最优的位置.以模态置信度矩阵非对角元的最大值最小化为优化准则,针对 GARTEUR 飞机模型,基于协同进化遗传算法,对传感器的配置进行了优化,其结果优于 Guyan 法、EI 法和基于QR 分解的逐步累积法.     

基于预试验分析的复杂箱体结构试验模态研究

论述了预试验分析原理和模态测试理论,在此基础上,以某型复杂变速箱箱体为研究对象,建立其有限元模型,进行预试验分析,优化结构模态试验的响应测点数目及位置、激励位置及方向;并进行了锤击模态试验,识别出表征箱体动力学特性的各阶模态参数;通过分析试验所得频响函数和模态置信判据准则(MAC),与预试验分析进行比较,结果表明预试验确定的测点和激励点是合理的,模态试验所识别模态参数是可信的.     

基于模态综合和移频方法的中频段模态计算

采用基于特征约束模态降阶的模态综合方法计算结构中频段振动特性时,针对低阶特征约束模态不能截断的问题,引入了移频方法对子结构动力学方程进行变换,并推导了移频后低阶特征约束模态与系统中频段模态的关系,结果表明：采用移频方法后,低阶特征约束模态可以截断。采用该方法计算了某白车身有限元模型160~190Hz频段内的振动特性,结果表明：采用移频方法后,保留的特征约束模态阶数较少,系统振动特性的计算时间较短,说明该方法有助于提高复杂结构中频段振动特性的计算效率。     

结构损伤诊断的轴向振动原理及模态实验

在理论推导梁轴向振动微分方程基础上,提出一种以轴向振动低阶模态振型二阶导数为损伤指标的结构损伤识别方法。在方钢管构件上布置加速度传感器进行轴向振动模态试验,测试时由信号发生器发出正弦波信号,经功率放大器放大后通过电磁激振器对结构进行激励,同时采集各测点的加速度反应信号。在确定结构共振点后,根据共振点处加速度值,编制轴向振动损伤指标的计算程序,分析结果表明该指标对结构损伤的位置和程度均很敏感,既能精确定位损伤,又能标定损伤程度,即在损伤位置将发生相反方向的突变,且突变幅度随损伤程度增大而增大。     

电流变夹层板控制系统的传感器优化布置

为了解决ER夹层板系统的模态控制的实用性问题,研究了悬臂板模态坐标估计和传感器定位问题。按照变刚度模态控制算法的要求,给出了离散坐标下模态坐标估计的方法;根据连续结构的振型分析,分析传感器定位计算,建立了数学优化模型;按照模态动能法初步筛选后,枚举得到传感器优化布置方案,并且从估计精度和控制效果两个角度进行了布置方案的算例验证。结果表明,优化的传感器布置能在较少的数目下,模态坐标估计满足模态控制算法的输入需求。     

基于整数编码遗传算法的传感器优化配置研究

动态测试中,为了将传感器配置在合理的自由度上,以便充分反映结构的动力特性,需对传感器进行优化配置。本文分别以模态置信度矩阵、Fisher信息阵和它们的组合为优化准则,采用整数编码遗传算法,探讨了单目标和多目标优化的传感器优化配置问题。通过与现有的模态动能法、有效独立法及基于QR分解的逐步累积法进行比较,传感器优化配置的结果表明整数编码遗传算法优于上述三种现有方法。     

横向补给系统高架索在一重和双重内共振下的面内振动

考虑集中质量在高架索上的位置的影响,建立了横向补给高架索系统的面内振动的非线性动力学方程。利用Galerkin方法对高架索偏微分模型进行离散,得到了系统面内振动的直至3阶的标准动力学控制方程。分析了补给过程中,集中质量位置的变化对高架索系统的面内振动的前3阶模态频率的影响,系统的模态频率呈现类似滞回非线性的特征。同时还利用数值方法对1：1：2双重内共振及1：2内共振情况下系统的参数激励振动的非线性动力学行为进行了分析,得到了系统的前3阶模态振动的时间历程曲线和运动相图。研究结果表明,在高架索系统发生内共振时,系统面内振动以前2阶模态振动为主,且存在复杂的倍周期运动现象;而对于1：2内共振情况,只有第1阶模态振动的幅值较大。     

应用Test. Lab进行高速车体线路模态试验

针对高速列车的振动问题,通过线路模态试验进行车体结构模态参数研究,采用LMS test.lab振动噪声测试系统进行数据采集和分析后处理。基于环境激励模态试验方法及模态参数识别理论,运用PolyMax模态提取法,获取了车体的前三阶弹性模态参数和对应的模态振型,为车体结构优化设计提供依据。     

一种水电厂房振动模态参数识别方法

水电厂房的振动是机械力、电磁力、水力脉动共同作用的结果,其动荷载很难测得,结构模态参数识别的难度不言自明。为解决以上困难,提高厂房结构振动模态参数识别的精度,在厂房结构各种荷载未知的情况下,将突然停机工况下动荷载释放后的振动信号,利用随机减量法提取自由衰减信号成分,以基于ARMA模型参数识别法实现了对某大型水电站厂房低阶模态参数的识别。识别结果表明,随机减量法和ARMA联合分析方法是解决大型复杂厂房结构动态参数识别的有效方法,识别结果可用于结构物的健康监测和振动控制中,同时该方法在大型水电站厂房振动模态参数的在线识别领域中具有广阔的工程应用前景。     

开槽填充黏弹性材料对圆锯片振动的影响分析

为了揭示开槽填充黏弹性材料对锯片振动特性的影响规律,分别对无槽及开槽填充材料两种锯片模型的阻尼以及动态响应特性进行比较研究.首先,基于模态应变能法计算锯片模态阻尼比,利用Rayleigh阻尼表征模型结构阻尼,获得2种锯片模型的模态阻尼常数;然后,建立锯片有限元瞬态动力学分析模型,得出2种锯片模型的振动响应及衰减历程曲线,分析开槽填充材料对锯片振动的影响;最后,针对2种锯片进行试验模态分析,获得振动响应曲线,对比数值分析结果与试验数据曲线,两者吻合良好,证明了有限元数值分析的可靠性.结果表明:在相同的动力学条件下,开槽填充材料会显著降低锯片上质点的振动速度,缩短锯片振动的衰减历程.研究结果为开槽低噪声锯片的结构创新设计与开发提供了有效的理论依据.     

微/纳米传动平台的模态试验及优化设计

微/纳米传动平台中,柔性机构的弹性势必导致平台高速、高加速带来的残余振动。采用拉格朗日方法,建立了平台的动力学模型,得到了平台前5阶固有频率的解析式;分析了平台固有频率与柔性板簧厚度、长度的相互关系,得到了固有频率随柔性板簧厚度、长度的变化规律。应用有限元方法,分别仿真得到了前6阶固有频率和模态阵型;以固有频率为优化目标,建立了平台的优化模型。采用动态测试系统,分别对优化前、后的平台进行了模态试验分析;通过对比分析,得到了提高平台动态性能的方法,且模态试验结果表明,调整柔性板簧厚度、长度的方法是有效的、可行的。     

Multipoint laser vibrometer for modal analysis

Experimental modal analysis of multifrequency vibration requires a measurement system with appropriate temporal and spatial resolution to recover the mode shapes. To fully understand the vibration it is necessary to be able to measure not only the vibration amplitude but also the vibration phase. We describe a multipoint laser vibrometer that is capable of high spatial and temporal resolution with simultaneous measurement of 256 points along a line at up to 80 kHz. The multipoint vibrometer is demonstrated by recovering modal vibration data from a simple test object subject to transient excitation. A practical application is presented in which the vibrometer is used to measure vibration on a squealing rotating disk brake.     

轮胎模态分析试验研究

为了优化轮胎模态试验方法,得到精确的轮胎模态参数,结合LMS Test Lab,研究模态试验三要素的选用原则,即测点布置、边界约束和激励形式的选取方式。试验结果表明：(1)对轮胎单一胎面进行模态测量,存在模态遗漏现象,且轴向与径向阵型易混淆,因此须进行轮胎三胎面(内胎面、正胎面、外台面)布点测量;(2)胎面整周少于36个测点时,轮胎高阶次花瓣阵型难以清晰呈现,因此须于三个胎面等角度间隔平行布置36×3个测点;(3)轮胎处于整车安装离地状态受激励时,支撑位移量微小,优于软绳约束状态;(4)激振器激励信号相干系数达到1,优于力锤锤击信号,并且使试验进行更加便捷与高效。本文提出了一种新的轮胎模态测试方法,并应用此方法得到了准确的轮胎模态参数,研究结果为轮胎噪声与振动控制提供了基本依据。     

《通过顶棚模态试验分析优化车内噪声》

介绍顶棚在实车状况下的试验模态分析方法，采用悬挂激振器而车辆接地的单向激振方式，讨论激振点的选取位置，利用PolyMax方法求得顶棚前十阶模态频率及振型，并通过各测点相干性、频响函数曲线和各阶模态MAC值的检验保证模态试验结果的可靠性；找出对车内轰鸣噪声影响显著的敏感频率和薄弱位置，以此为依据优化其结构刚度，实现模态的移频。优化后的顶棚频响函数幅值取得明显改善，降低在敏感转速时的车内轰鸣噪声声压级。     

超声振动辅助单晶硅划片的锯切力研究

采用金刚石超薄锯片对单晶硅划片的工艺会在划片时产生较大锯切力,从而导致较大的崩边损伤。而旋转超声辅助加工由于超声振动的作用可以减小加工时所产的切削力,同时获得较好的加工精度,越来越广泛地应用于硬脆材料的加工中。为了验证超声辅助对单晶硅划片中锯切力的作用,在实验中将超声振动添加到锯片上,使其产生径向的振动来完成对单晶硅的划片。并通过对比有超声振动辅助与无超声振动辅助的单晶硅划片的锯切力,对超声振动辅助划片中锯切力的特点进行分析。实验结果表明,超声辅助划片所产生的锯切力比无超声辅助划片所产生的锯切力小,说明超声振动的添加可以降低锯切力。同时在超声划片中产生的崩边要小于非超声加工条件下的崩边情况,说明超声振动降低锯切力可抑制硅片的崩边。     

结构动态测试传感器优化配置的预试验技术

传感器配置是结构动态测试的一项重要的技术措施,其效果决定了结构的各阶主要测试模态的有效程度。由此,首先对结构仿真模型进行预先的主元素分析,优化传感器的布置。在结构有限元模型(FEM)中,对模型固有特性进行分析,确认重要的结构模态和结构动态测试目标。利用Guyan缩减方法对模型的自由度进行主从划分;选取感兴趣的结构振型的主自由度,对应从有限元模型中提取缩减的"试验模型"。针对提取的缩减模型重新开展模态分析,采用模态置信度(MAC)指标评估各阶振型之间的相关性,进而量化并直观显示传感器的配置效果。对某型号无人直升机机身结构进行地面振动试验。通过从仿真模型中选取合适的振型主元,改进传感器的配置,能保证试验中获得期望的结构测试模态,验证了利用结构仿真模型在动态测试之前预先进行传感器优化配置的效果。     

基于变分模态分解的模态参数识别研究

基于变分模态分解(VMD),提出一种新的结构模态参数识别方法:①通过自由振动试验或通过随机减量法从结构随机振动响应中获取结构自由衰减振动响应(FDR),并采用VMD方法从FDR中分解出结构模态响应;②通过经验包络法(EE)计算模态响应瞬时频率,并通过一种该研究新提出的方法计算模态响应瞬时阻尼比;③结构的模态振型向量可通过处理所有可用传感器得到的模态响应得到。瞬时模态频率和模态阻尼比可以捕获模态参数的任何瞬态变化。通过一系列数值和试验算例验证了该方法的有效性,突出了该方法的优势,并对该方法抗噪声性能进行了研究。研究表明,该方法适用于线性和非线性系统,且可用于识别具有密集模态和瞬态特性的系统。