振动响应传递率及其工作模态分析方法综述

基于振动响应传递率的工作模态分析方法是近年来出现的一类新的频域工作模态分析方法。由于振动响应传递率独特的动力学特性,该类方法得到了迅速的发展。从以下三个方面对振动响应传递率及其工作模态分析方法进行综述:振动传递率的概念、振动传递率的估计方法和基于振动传递率的工作模态辨识方法。在对各种辨识方法原理介绍的基础上,分析其特点及其存在的问题。结合多自由度系统模型,采用四种具有代表性的辨识方法对不同激励情况下的工作模态进行辨识,并对辨识结果以及方法的局限性进行了分析比较。     

某轿车排气系统振动分析

联合有限元软件与AVL-Excite软件,对某轿车排气系统进行模态与强迫振动分析。首先利用有限元软件对排气系统做自由模态分析,初步分析其吊耳点布置合理与否。然后利用有限元软件对排气系统进行自由度缩减,提取其质量矩阵、刚度矩阵、主节点自由度信息及模态信息,整合到内燃机-排气系统多体动力学模型中,对排气系统进行受迫振动分析,充分考虑其弹性变形与模态共振对振动响应的影响。得出排气系统任一点上的振动响应及排气管路长度上的振动传递率,考察其振动耦合特性;为排气系统的空间走向和结构设计提供强有力的依据。     

结构动力学应用中若干基本概念的研究

结构动力特性被广泛应用于结构振动控制、结构可靠性设计和健康监测,由此涉及到一些动力学基本概念的理解问题尚待深入探讨。采用一简支梁横向振动算例以及分别通过模态位移法和模态加速度法对多自由度系统的响应振幅进行分析计算,探讨结构位移响应与第一阶固有频率的关系、结构各阶位移模态的贡献与模态应变能的关系。基于模态正交性,通过分析多自由度振动系统的位移响应,论述了系统共振的必要条件,即在保证系统振动频率(某阶固有频率)等于激励频率的同时,其位移响应还应呈现出相应模态的形态;实现多自由度系统纯模态共振,可用于精确识别结构的模态参数。     

FRP橡胶隔振器水平剪切特性的初步研究

应用小波变换及自助理论对多自由度系统进行模态参数辨识。通过对结构系统响应信号进行小波变换将其表示在时频域内,在分析了小波变换的时频分辨率特性后,利用最小Shannon熵获取最优小波参数,并运用自助理论估计出模态参数分布的置信区间范围。数值仿真表明了该方法对模态参数估计的有效性。将所提方法应用于一个振动台的模态分析,实验结果表明,提出的小波自助模态参数辨识方法降低了模态参数辨识的难度,提高了模态频率和阻尼比的辨识精度。     

小波变换与自助理论在模态参数辨识中的应用研究

应用小波变换及自助理论对多自由度系统进行模态参数辨识.通过对结构系统响应信号进行小波变换将其表示在时频域内,在分析了小波变换的时频分辨率特性后,利用最小Shannon熵获取最优小波参数,并运用自助理论估计出模态参数分布的置信区间范围.数值仿真表明了该方法对模态参数估计的有效性.将所提方法应用于一个振动台的模态分析,实验结果表明,提出的小波自助模态参数辨识方法降低了模态参数辨识的难度,提高了模态频率和阻尼比的辨识精度.     

基于时频滤波的时变模态分解方法

应用非平稳信号的时频滤波进行多自由度时变线性系统的模态分解。将基于Gabor展开的时频滤波 方法引入多自由度线性时变结构模态参数辨识中,提取单模态响应分量。对线性时变系统在白噪声激励下振动响 应的单模态响应进行提取,通过对附加质量随时间连续变化的悬臂梁的单模态响应分离来验证分解方法韵有效 性。实验研究结果和理论计算结果表明:方法为参数时变的线性系统的模态分解提供了一条新的途径。     

几种模态参数盲辨识方法的比较研究

对一多自由度振动系统的模态参数辨识进行了仿真研究。由于该系统具有弱小模态特征，各阶特征能量相差悬殊，不同辨识方法的可辨识性、辨识精度及数值运算量都不相同。分别利用频域分解法、时频域Gabor展开方法、传统子空间辨识法、改进子空间辨识法以及基于高阶统计量的盲方法对该多自由度系统进行了模态参数辨识，分析和比较了各种盲辨识方法的辨识性能。     

基于响应传递率的非白随机激励仅输出结构模态参数辨识

在对工作状态的航天器等结构进行仅输出模态参数辨识时,激励非白造成了无法剔除谐波引起的虚假模态。为解决此问题,该研究对最新的基于结构响应传递率的模态参数辨识方法进行了改进,提出了一种改进的基于多参考点响应传递率的仅输出模态参数辨识方法。首先,推导了多参考点的结构响应传递率表达式,建立了其左矩阵分式多项式的参数化模型,进而给出了辨识问题的最小二乘估计,利用正则方程Jacobi矩阵的分块性质对最小二乘问题矩阵形式完成了缩减,降低了计算量;然后,通过高维伴随矩阵方法解决了矩阵多项式的特征值求解问题,即多参考多输出的模态参数求解问题,以及通过矩阵伪逆解决了现有方法中载荷工况数与响应点数和参考点数的约束问题;最后,通过两个数值算例对所提方法进行了验证,辨识结果表明:辨识方法能够很好的辨识出结构的模态频率、阻尼比和模态振型,且能够很好的避免激励中含有的谐波分量对辨识结果造成的影响,解决了传统仅输出模态参数辨识中激励非白对辨识结果造成的影响问题。     

基于振动响应传递比函数的系统识别研究进展

与频响函数反映动力系统输入-输出的关系不同,振动响应传递比函数反映的是系统输出-输出之间的关系。振动响应传递比函数可以有效地避免对系统输入的测量,近年来成为系统识别领域重要的分析手段。该文对振动响应传递比函数进行了分类,揭示了传递比函数的特性,并着重阐明了传递比函数与频响函数之间的内在联系。以此为基础,综述了局部传递比（local transmissibility）和传递比矩阵（transmissibility matrix）在结构模态参数识别、损伤识别和模型修正应用中的研究进展。最后,该文指出了基于传递比函数的系统识别存在的问题,并对将来的研究思路作出了展望。     

基于响应传递比的桥梁结构工作模态参数识别

响应传递比在系统极点处与输入无关,并且等于振型比。基于这一独特性质,可以融合多个激励工况下的测试值构建传递比矩阵,并通过奇异值分解技术快速判断出系统的极点,进而根据传递比向量直接估算出振型向量。为了研究该方法在土木工程结构的工作模态参数识别中的应用,首先通过数值算例验证了响应传递比方法可以有效剔除谐波输入引起的虚假模态。此外,通过一环境激励下实桥的振动试验对该方法进行验证,并与有限元方法和随机子空间法结果进行了对比。结果表明,响应传递比方法能够有效地运用于环境激励下桥梁结构的模态参数识别。     

基于FFT多谐波平衡法的金属橡胶隔振系统振动特性分析

基于FFT多谐波平衡法,对金属橡胶隔振系统响应特性做了深入研究,并引入"平均功率比"对这类非线性隔振系统的振动传递率进行了新的定义。通过分析金属橡胶非线性隔振系统的本构关系,推导了用FFT多谐波平衡法求解系统响应及振动传递率的公式,并通过按数值方法、单一谐波法及多谐波法对给定算例的计算结果对比,说明了FFT多谐波平衡法在求解金属橡胶隔振系统响应及振动传递率时具有较高的精度。理论和分析表明,FFT多谐波平衡法可求解金属橡胶非线性系统响应及振动特性的精确解析解,具有重要的工程应用价值。     

关于线性和非线性系统内在的本质联系——多自由度非线性系统的定量和定性分析

多自由度非线性振动问题是历史性国际难题,其求解方法有数值解和渐近解析解或两者结合.基于近代有限元和子结构模态综合法的动力学建模方法,获得非线性系统动力学微分方程,其自由度几乎没有限制,对左端首次近似齐次方程进行模态分析,选取对响应有贡献的部分本征对,同样对右端激励和非线性伪力作模态变换,得到减缩后非线性系统耦合动力学微分方程.用数值方法求出系统非线性响应进行定量分析,也可获得在指定参数的变动中可能发生的主谐、超谐、亚谐和组合共振,极限环和分岔、混沌等各种非线性振动现象,但其缺点是不能作一般性定性分析.渐近解析解可进行分岔混沌现象的定性分析,但迄今只限于单、两自由度系统.若系统进入共振状态,系统响应相应急剧增加到大振幅振动,振动从微幅线性振动过渡到大幅非线性振动,因之系统运动主要由所涉及的各阶单一主模态所控制.这可称为"单模态共振理论".当发生共振时,单模态理论可把多自由度系统变换为解耦的多个单自由度系统,因之可采用渐近解析法逐个进行分岔混沌等定性分析,这就克服了高自由度非线性系统定性分析的困难.为了剖析线性和非线性系统内在的本质联系,论证了首次近似表征线性系统特性的主模态是沟通线性振动和非线性振动之间的桥梁,揭示了高自由度线性振动和非线性振动都是以线性主模态呈现其运动规律.     

TMD在简支箱梁多阶模态振动控制中的应用

为了有效实现对简支箱梁多阶模态参与振动响应的控制,首先通过对箱梁结构进行模态分析确定受控模态,并基于TMD的定点理论及多自由度系统等价质量识别法,得到箱梁结构附加TMD的最优刚度、最优阻尼和最佳附加位置;然后对箱梁结构进行谐响应分析,探讨控制箱梁结构各阶模态振动的TMD在不同质量比下的吸振特性;最后基于列车-轨道-桥梁耦合动力学模型,探讨列车荷载作用下TMD对箱梁结构低频振动的控制效果。结果表明:TMD能够有效吸收箱梁竖向固有频率附近的低频振动能量;TMD的质量比越大,吸振效果越明显;合理的多阶模态TMD组合设置能够有效地控制列车荷载作用下箱梁的低频振动及对应频段桥梁弹簧支座反力向下部桥墩的传递。     

复合材料蜂窝结构锥形壳振动传递特性试验研究

通过模态试验和振动台试验,对复合材料蜂窝结构锥形壳的振动传递特性进行了研究。理论分析和试验结果表明:该结构隔振频带宽、模态阻尼比大,具有大阻尼隔振系统的特征,能够有效的控制振动的传递率。复合材料的应用在保证结构可靠性的前提下进一步降低了结构系统的质量。     

液压管路振动功率流传递路径分析

随着压力体制的不断提高,具有复杂空间构型的工程机械设备液压管路系统振动模态更丰富、振动频域范围更宽,振动机理极为复杂。根据液压管路系统链式结构,利用有限元功率流法对液压管路系统的振动能量传递过程进行深入研究,并对管路系统输入点进行激励分析。通过MATLAB编程求解和ABAQUS有限元动力仿真分析,得到液压管路系统振动能量的传递情况,辨识振动能量的主要传递路径,最后通过实验验证仿真的准确性,为传递路径分析提供依据。     

环境激励下脉冲响应函数与相关函数的关系

单位脉冲响应函数中包含了系统所有的动力特性参数,提取系统的单位脉冲函数或频率响应函数是获取系统动态特性参数、进行系统辨识以及对系统进行健康监测与精确控制的前提。在受环境激励的系统中,由于激励无法直接测量,导致单位脉冲响应函数无法直接获取。在自然激励技术(natural excitation technique)的基础上,基于复模态系统的多输入多输出位移响应,讨论了环境激励下系统单位脉冲响应函数与响应的相关函数之间的关系。基于实模态系统并将质量矩阵进一步假设为对角矩阵,辨识出系统所受环境激励的强度分布。根据辨识的模态参数以及环境激励的强度,由响应的相关函数重构了系统的单位脉冲响应函数。最后通过仿真进一步验证了文中的结论。     

硬涂层材料特性参数辨识

采用振动梁法对硬涂层材料TiZrN的机械特性参数进行辨识测试。首先详细叙述振动梁法辨识涂层材料参数的原理性公式,并在此基础上搭建基于振动梁法的硬涂层材料机械特性参数实验系统。根据此测试系统,对硬涂层材料TiZrN的力学特性参数进行测试研究,获得对应结构涂层前后前3阶弯曲模态的固有频率和损耗因子,进而辨识出TiZrN的弹性模量和损耗因子。最后,对可能产生的参数识别误差进行分析,并结合振动梁法辨识公式,分析各输入参数对硬涂层材料力学参数识别结果的敏感性。     

矿用斜轴式轴向柱塞泵故障诊断的实验研究

分析了ZB-107型斜轴泵的振动特性及典型故障的特性,利用试验模态分析方法确定了振动响应的传递路径及敏感位置,并通过振动响应信号的分析,讨论了斜轴泵在正常工作状态下和典型故障情况下的特征,提出了对斜轴泵典型故障进行诊断的指标.     

基于解析模态分解的时变与弱非线性结构密集模态参数识别

对于时变与非线性的结构系统,由于结构模态响应信号的瞬时频率并不等同于结构本身的瞬时频率,因此推导了单自由度与多自由度体系在自由振动和受迫振动下模态响应信号的瞬时频率与结构本身瞬时频率的关系,理论结果表明,对于时变的线性结构和弱非线性结构,模态响应的瞬时频率缓慢变化的部分与结构系统的瞬时频率近似相等。通过对一杜芬系统的数值模拟和对一调整索力变化而使其频率变化的斜拉索自由振动实验,验证了理论结果的正确性。对于具有密集模态的时变与非线性的多自由度体系,提出了把解析模式分解方法扩展到时变与非线性结构的模态分解。该方法通过小波变换选取二分时变截止频率,对结构的时变模态响应进行分离,从而实现多自由度结构时变参数识别。最后,对一具有密集模态的两层框架时变系统受白噪声激励和地震激励进行数值模拟,结果表明,提出的方法能有效的分解时变系统的密集模态响应并能较好的识别出结构系统的瞬时频率。     

高拱坝泄流激励下基于频域法的工作模态参数识别

水工结构的模态参数是评估在役水工结构运行状态的指标之一,水工结构运行状态健康诊断的核心技术之一就是如何通过各种技术手段获取结构的模态参数指标.研究高拱坝在泄流激励荷载作用下,仅利用结构输出响应识别结构工作模态参数.首先,对高拱坝泄洪诱发振动的激振荷载特性进行了研究;其次,分别建立了以典型水流脉动荷载和白噪声荷载作为输入激励的悬臂梁动力响应数值模型,仅利用输出响应识别了悬臂梁的模态参数,并对识别结果进行了对比分析,论证了以水流脉动荷载作为未知输入仅利用流激振动响应进行结构工作模态参数识别的可行性.最后以二滩拱坝泄洪振动原型观测数据为基础,对二滩拱坝的泄洪工作模态参数进行了识别并评估了该拱坝的泄洪动力性态.