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。     

基于PolyMAX的声固耦合模态试验研究

白车身的结构模态频率和模态振型反映了汽车车身结构的固有特性,对车内噪声有重要影响。车内空腔跟车身结构一样,同样拥有模态频率和模态振型。采用LMS数据采集系统对某国产SUV进行车内空腔声学模态试验。首先基于传声器阵列的方法获取响应点的信号,然后利用PolyMAX方法提取声学模态频率及振型。将声学模态频率与白车身结构模态频率进行对比分析,结果表明：车内空腔的第一、二阶声学模态分别跟白车身的第四、十阶结构模态有很强的耦合。最后通过实车测试验证了声固耦合共振时低频轰鸣的存在。可以在关键部件增加板厚、顶盖和地板附加阻尼层、顶盖加加强筋等方式改变车身结构的局部模态来破坏车身结构模态和声腔模态的强耦合状态,降低车内的低频轰鸣声     

电液四轴高频结构强度疲劳试验系统

电液激振器受传统的电液伺服阀频响特性的限制,其激振频率难以提高,采用2D阀替代传统伺服阀组成电液激振器的方案,该激振器通过增加阀芯的旋转速度来提高其激振频率,同时将该电液激振器应用于4轴高频结构试验系统。对试验系统的结构和工作原理进行了分析讨论,包括频率、幅值和相位的控制方法。基于系统的频响仿真分析,提出了4个作动器的同步控制策略,对理论分析进行实验验证。试验结果表明:该电液四轴强度疲劳试验系统能在40 Hz~200 Hz范围内对试验对象进行同步加载试验,其频率、幅值连续可控。     

基于复Morlet小波变换的大跨空间结构模态参数识别研究

摘 要 探讨了基于复Morlet小波变换的结构频率及阻尼比的识别方法,推导了基于小波变换系数的振型识别原理。为提高识别密集模态的精度,提出了基于最小标准差的小波中心频率及带宽的自适应选择方法。针对大跨空间结构具有低频密集模态以及难以实现用力锤或激振器来激励等特点,提出了自然激励法与小波变换相结合的模态参数识别方法。数值仿真及奥运场馆国家游泳中心现场实测数据分析表明,基于复Morlet小波变换的方法能有效识别低频密集模态参数。     

电梯系统共振失效的灵敏度研究

以曳引式电梯为研究对象,考虑电梯曳引绳刚度具有时变特性,对电梯系统建立了8自由度耦合振动的动力学模型。在对系统进行模态分析的基础之上,以影响系统模态频率的动力参数作为随机变量,结合DOE试验方法与神经网络技术,得出系统随机变量与系统模态响应之间的显性函数关系式。依据动态结构系统的固有频率与激振频率差的的关系准则,定义了系统共振的失效模式,并对系统的随机变量进行了可靠性灵敏度分析。研究表明,绳头侧刚度和曳引机支撑刚度对频率共振影响最为明显,因此,在电梯系统设计中可以通过修改该动力参数达到有效降低共振的风险。同时,在实际工作中应该严格关注和监视该动力参数的变化,避免发生共振。     

某型滑油冷却风扇振动特性分析

为避免工作状态下风扇转子由于自身工作转速及相关的激振频率引起的共振现象,通过试验模态分析及数值模态分析结合的方法对转子振动特性进行分析,并与改进前的转子进行对比。结果表明,以静子尾流产生的激振力对应的共振转速与转子的工作转速相接近,改进后的转子各阶固有频率提升但共振裕度减小,因此在风扇使用过程中应保证其完整性,从而避免疲劳断裂等安全隐患。     

超大型冷却塔随机风振响应分析

冷却塔在随机风荷载激励作用下,动力响应具有小变形、弱非线性特点,固有频率在低频段密集分布,模态之间耦合效应较为明显.基于冷却塔刚体模型表面同步测压风洞试验结果,以非定常气动力作为输入荷载,考虑冷却塔多模态之间耦合效应,利用虚拟激励法和振型迭加法进行结构随机风振响应分析.定量地比较了结构风振响应中背景分量和共振分量的贡献,研究了参振模态数目、力谱交叉项和结构阻尼比等参数的作用效果,并与冷却塔气弹模型测振风洞试验结果进行了比较.     

某牵引车共振问题测试及研究

本文阐述了工作模态测试理论和方法，并针对某牵引车出现的典型共振问题，运用LMS Test模态测试系统测试该车匀速时的工作模态数据，然后成功地分析出该车共振时的模态振型、模态频率及激励源位置—前轮。测量车轮径向跳动量值，发现两个前轮都超过国标限值150%以上，提出改正措施—更换符合要求的前轮，再重复一轮工作模态测试，共振现象消失。因此，该研究成功地运用工作模态测试理论及方法解决了一例整车共振问题，具有一定工程应用价值。     

基于声压测量的结构模态参数辨识EI北大核心CSCD

通过建立辐射声压与激振力之间的声压频响函数矩阵,提出了一个基于测量声压识别振动结构模态参数的方法。该方法可以通过非接触测量声压来识别结构的固有频率、模态阻尼比与模态振型,避免了附加质量对结构的影响。声压频响函数矩阵是基于边界元和Rayleigh积分方法结合有限元结构动力学方程建立的,适用于任意结构且与结构模态参数有明确的关系;对于测量声压时多激励单输出与单激励多输出响应的不同试验模式,该方法都能识别结构的模态参数。以一平板结构为例,数值验证了该方法的准确性与适用性。     

一种高阶模态涡振试验新气弹模型的模型参数优化设计

多点弹性支撑连续梁气弹模型是一种研究大跨桥梁主梁高阶竖弯模态涡激振动的新型气弹模型。为了使该模型的频率、模态质量和振型与原桥梁缩尺后的动力特征更好地匹配,提出了基于动力系统矩阵方程的模型参数优化方法。以模型的频率、模态质量和振型为优化目标,利用结构的振动方程,建立优化目标函数,采用最小二乘法获得芯梁刚度、弹簧刚度和附加质量的最优设计。通过数值分析对该方法进行了验证分析。以两座不同形式的悬索桥为例进行了该方法的可行性分析。研究结果表明:采用该方法设计的气弹模型能很好地与原结构相匹配。     

基于Morlet小波变换的模态参数识别研究

从卷积和Parseval定理的角度推导了小波变换系数的实用算法。以系统的自由响应数据为识别对象,给出了频率、阻尼比的参数识别方法,并重点给出了基于最小二乘法的振型识别技术。提出了基于改进Morlet小波的模态参数识别方法,对识别密集模态具有良好的效果。三自由度仿真算例表明,基于Morlet小波变换的模态参数识别技术能够以较高的精度识别出系统的频率、阻尼比和振型等模态参数。     

一种海洋平台广义模型修正方法的研究

针对导管架式海洋平台结构的广义模型修正问题，提出了先修正模态振型后修正模态频率的试验方法。首先利用损伤检测方法识别出试验模型中与初始有限元模型有刚度偏差的杆件单元并采用反复迭代修正的方法进行了有限元模型模态振型的修正；然后将地基模拟为三维弹性支承并对其进行优化设计来实现有限元模型模态频率的修正；通过力锤激励下海洋平台的模型试验验证了此方法的可行性，为长期服役且原型结构未测的海洋平台的损伤检测、安全评估研究提供了基础。     

EXACT MODAL SYNTHESIS TECHNIQUES USING RESIDUAL CONSTRAINT MODES

A new exact modal synthesis method for finding natural frequencies and modes of structures is proposed, in which the exact residual constraint modes based upon an incomplete set of normal modes of substructures with fixed interfaces are expressed in two parts. These are the static constraint modes and a residual term with which it represents exactly the effect of normal modes not retained. The modal synthesis uses a Ritz procedure and an iterative technique is presented for solving the non-linear equations of modal synthesis. This has the advantage that the results given by its first iteration are exactly those given by the Craig–Bampton–Hurty modal synthesis method, which leads to rapid convergence of subsequent iterations. The proposed method is an improvement of Hu's exact modal synthesis method and is also shown to have as its limit the method of exact dynamic condensation. Numerical examples show that using the proposed method yields superior accuracy when only a few lower modes are used. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

基于R-SOBI的结构模态参数辨识方法

提出了一种基于稳健SOBI算法提取结构/系统的频率、阻尼比及模态振型的方法。运用该法提取系统/结构模态参数的步骤为:首先利用稳健SOBI的盲源分离方法采集的信号进行分离,然后将分离矩阵作为结构/系统的模态振型矩阵,最后再对各个分离后的单自由度信号提取频率、阻尼比参数。研究结果表明,提出的方法可以准确提取出结构/系统的模态参数,尤其是即使噪声环境下仍然能准确提取出系统的模态振型矩阵。     

网壳结构损伤分区定位的模型试验研究

提出了一种适合于网壳结构的损伤分区定位方法,该方法对网壳结构进行区域划分并按区布置传感器,通过单点激励得到结构的高阶模态响应,利用随机减量技术和ITD法获取模态参数,再利用损伤前后高阶振型的差值来定位损伤区域。最后,通过对一个单层椭球面网壳结构模型的振动测试试验,验证了所提方法的可行性。     

基于模态柔度的有限元模型修正方法

以各阶模态柔度矩阵中各元素相对变化作为指标,提出了基于模态柔度灵敏度解析表达式的有限元模型修正方法,推导了模态柔度灵敏度解析表达式,结构严谨,编程方便。以一平面简支梁为例,考虑运用不同的模态阶数、测点自由度及测试误差,利用Tikhonov正则化方法进行模型修正,通过多次模拟计算,分析了相关因素对模型修正结果的影响。实例计算表明,当噪声较小时,修正效果很好,但随着测试噪声水平的增加,修正结果稳定性变得相对较差;利用较高阶模态修正结果比利用较低阶模态修正后结果要好;同时测试自由度不完整性也是模型修正结果的不利因素。     

基于建模误差位置识别的有限元模型修正方法

提出了一种修正有限元模型的方法。将模型修正分为两步，首先用矩阵型方法求出系统质量、刚度矩阵的误差矩阵，通过定义的误差百分比确定建模误差位置；然后针对建模误差比较大的单元（子结构）依据特征方程和固有振型对质量矩阵的加权正交条件建立参数修正方程组，方程求解采用奇异值分解法。算例表明它能有效地避免先前方法中参数修正的盲目性，修改结果物理意义明确，精度较好。     

光盘振动模态的电视激光全息测量与分析

采用激光全息(TV—holography)振动测试技术测量和分析了CD光盘的固有频率、模态振型以及模态分布情况。采用非接触声激励和非接触式激光全息摄像精确地测量出了CD光盘从零节圆到三节圆五节径的振动模态，最高模态频率达6300Hz。分析了节径振型和节圆振型间的关系和出现规律。结果表明：光盘的振型节线是由中心对称和轴对称的节径和节圆组成的，它们对应的振型也是中心对称和轴对称的；光盘的各阶固有频率是按一定的顺序排列的，节径和节圆的出现是有规律的，文中给出了表示这些规律的表达式。