基于频响函数法的固定结合部参数辨识研究

针对频响函数法在辨识固定结合部参数时由于实验噪声引起的不适定问题,提出对结合部模型中各参数单独分析、单独辨识的方法。利用频响函数法建立固定结合部模型,辨识模型参数时先通过遗传算法寻优得到的结合部参数作为初值,仅改变其中某一参数的大小对整体结构进行模态分析,确定该参数在每一阶模态处的灵敏度。在最灵敏的模态处辨识该参数,以此类推辨识出所有结合部参数。仿真与实验结果表明,采用该方法辨识的结合部参数所预测的整体结构的频响函数曲线与实验测试的频响函数曲线的一致性较好,结合部参数辨识结果具有较高的精度。     

基于频响函数辨识机械结合部动态参数的研究

摘要：进行机械结构的动力分析与动态优化设计时,为获得比较准确的结构边界条件,结合部参数辨识成为其中一项关键技术。结合工程实际,应用频响函数辨识结合部刚度与阻尼参数的方法进行参数识别,对能否获取完备频响函数进行了研究,并作出相应的求解策略。该方法避开了对频响函数直接求逆,运用最小二乘原理将矛盾方程转化为定解方程,保证了数值计算的稳定。一般情况下,结合部处绝对阻尼值要远远小于绝对刚度值,为了更准确地辨识出阻尼值,需采用对阻尼进行二次辨识。该方法具有一定的工程实用价值,而且辨识过程简单。算例证实了该方法具有很高的辨识精度。     

基于不完备频响函数辨识结合部等效参数的研究

研究了输出信息不完备情况下结合部等效动力学参数的辨识问题,阐述了一种较为通用的结合部等效动力学参数辨识方法.首先采用实验与有限元法相结合,辨识出试验中难以获取的频响函数,构造出完备频响函数.然后通过完备频响函数,运用迭代算法辨识出结合部等效动力学参数.在辨识过程中,建立损失函数模型,将问题转化为求解损失函数的最小值问题.该方法不需要求出模态参数,所以同样适用于大阻尼系统或者模态密集系统的结合部参数辨识.由于只需部分易测的频响函数,所以具有很好的工程应用性.最后通过算例验证了本方法具有很高的辨识精度.     

基于特征参数的栓接结合部螺栓预紧力评估

为了解决频响函数法在栓接结合部特征参数辨识中的不适定性问题及期望通过定量评估螺栓预紧力以评估栓接结合部损伤程度,采用正问题求解思路,提出依据动力方程定义参数辨识的目标函数并利用特征参数定量计算螺栓预紧力的评估方法。建立栓接结合部等效线性模型,通过模态试验测量不同预紧力下的结构频响函数;构建目标函数,采用粒子群优化算法获取不同预紧力下的特征参数,并通过多项式拟合特征参数与预紧力之间的关系曲线,从而评估螺栓预紧力;通过数值仿真和试验验证方法的有效性和适用性。研究结果表明:所提方法能够准确辨识结合部参数,利用拟合的关系曲线可以准确地定量评估螺栓预紧力。     

基于有限差分法的主轴-刀柄结合部刚度辨识

针对传统结合部参数辨识普遍存在缺失转角自由度的空间不完备问题,利用有限差分法估算转角自由度频响,从而建立了完备空间自由度的结合部参数辨识模型;基于残差补偿理论重构频响函数试验数据,降低了模态截断引起的测试误差,以避免辨识计算过程中试验测试噪声对辨识结果的影响,提高辨识精度.以主轴-刀柄系统结合部为对象,通过锤击试验获得各子结构及结合部的频响函数,利用子结构耦合法辨识出结合部等效动力学刚度,通过有限元法进行动力学建模与分析,验证辨识结果.对比试验与仿真结果验证了方法的可行性.     

栓接结合部迟滞非线性等效线性化方法EI北大核心CSCD

由于栓接结合部强的非线性特性,要建立和求解这类非线性模型以及实现与其他模型的耦合极为困难。为体现栓接结合部等效非线性特性和便于工程应用,首先将结合面简化为光滑刚性平面与粗糙表面的接触问题,建立单个微凸体力-位移本构关系;然后根据Masing准则和切向力模型,建立栓接结合部在单个循环周期下的恢复力模型,并假设在稳态激励和振动幅值很小的情况下,利用平均法建立栓接结合部等效线性化的刚度与阻尼模型。为验证所建栓接结合部恢复力模型和等效线性化模型的正确性,分别搭建恢复力实验平台和模态测试实验平台,并利用有限元法将栓接结合部等效线性化模型与有限元模型耦合,建立考虑栓接结合部特性的整体结构动力学模型,最终通过两组实验验证两类模型的正确性。     

基于模态分析理论的结合部动刚度辨识EI北大核心CSCD

结合部动力学特性对机械系统动力学性能具有显著影响,结合部动力学信息的准确辨识是组合结构动力学建模的重要前提。基于模态分析理论对结合部动刚度辨识方法进行了深入研究:首先,建立了包含结合部动力学信息的广义动力学模型,从模态分析理论出发,讨论了结合部动力学特性对组合结构固有频率的影响,建立了两者的映射关系;进而,采用质量单元与弹簧阻尼单元建立了理想的动力学有限元模型,通过模态分析所得的固有频率对结合部刚度进行辨识,辨识值与理论值之间最大误差为1.92%;最后,对螺栓连接组合结构进行了模态试验,以所测得的法向及切向典型振型对应固有频率为指标,通过搭建的MATLAB-ANSYS集成平台对螺栓结合部刚度进行辨识,并将所辨识的结合部刚度录入有限元模型,栓接结构固有频率的有限元预测值与实测值之间最大误差率为3.01%;数值模拟试验与现场模态试验的辨识效果均较为理想,验证了方法的可行性。同时,以栓接结构典型振型对应固有频率为指标辨识的结合部动力学刚度信息很好预测其他各阶固有频率的分布,表征和印证了栓接结构在较大预紧力作用下,螺栓结合部非线性动力学特性得到了抑制,满足线性条件假设。     

基于模态分析理论的结合部动刚度辨识

结合部动力学特性对机械系统动力学性能具有显著影响,结合部动力学信息的准确辨识是组合结构动力学建模的重要前提。基于模态分析理论对结合部动刚度辨识方法进行了深入研究:首先,建立了包含结合部动力学信息的广义动力学模型,从模态分析理论出发,讨论了结合部动力学特性对组合结构固有频率的影响,建立了两者的映射关系;进而,采用质量单元与弹簧阻尼单元建立了理想的动力学有限元模型,通过模态分析所得的固有频率对结合部刚度进行辨识,辨识值与理论值之间最大误差为1.92%;最后,对螺栓连接组合结构进行了模态试验,以所测得的法向及切向典型振型对应固有频率为指标,通过搭建的MATLAB-ANSYS集成平台对螺栓结合部刚度进行辨识,并将所辨识的结合部刚度录入有限元模型,栓接结构固有频率的有限元预测值与实测值之间最大误差率为3.01%;数值模拟试验与现场模态试验的辨识效果均较为理想,验证了方法的可行性。同时,以栓接结构典型振型对应固有频率为指标辨识的结合部动力学刚度信息很好预测其他各阶固有频率的分布,表征和印证了栓接结构在较大预紧力作用下,螺栓结合部非线性动力学特性得到了抑制,满足线性条件假设。     

虚拟功能梯度材料表征栓接结合部动态特性

为提高结合部的建模精度,提出虚拟功能梯度材料法表征栓接结合部的动态特性。首先,利用有限元法仿真栓接结合部在不同预紧力和不同接触区域的受力情况,采用多项式函数拟合出栓接结合部的接触压力分布模型,并根据压力分布规律,提出虚拟材料层的划分准则。然后,探索虚拟功能梯度材料属性(弹性模量、剪切模量、泊松比、密度以及虚拟层厚度)与有效接触区域内接触半径的关联关系,建立栓接结合部虚拟功能梯度材料模型。最终,通过具体算例将栓接结合部划分为2层、3层和4层,并依次确定各层虚拟材料的属性,利用ANSYS有限元中的APDL语言将虚拟功能梯度材料模型与连接结构耦合,建立考虑栓接结合部动态特性的整体结构有限元模型,并进行动态响应分析,将获得整体结构的频响函数与模态试验数据对比分析,发现4层虚拟材料明显与试验结果最为接近,最大误差出现在第2阶固有频率处,误差仅为2.4%。     

基于DNN整机建模的滚珠丝杠进给系统关键结合部动态特性参数辨识EI北大核心CSCD

针对滚珠丝杠进给系统关键结合部动态特性参数的辨识精度不高等问题。提出利用可表征结合部动态特性参数与整机固有频率之间映射关系的深度神经网络(deep neural network, DNN)建立进给系统整机的等效动力学模型;结合进给系统固有频率的DNN预测值与实验模态分析值,采用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法对进给系统关键结合部的不同方向的刚度、阻尼参数同时辨识。以自行设计制造的进给系统实验台为实例进行整机建模、实验、参数辨识等分析;最终的辨识结果达到很高精度,说明该方法是可行、有效的。     

机械结合部动态刚度辨识与实验研究

机械结合部动态特性参数辨识最常用的方法是频响函数法.然而,实测频响函数数据即使经过降噪处理,仍受到噪声的污染,使得在数值运算时导致辨识结果出现不适定性.为解决这一问题,使得辨识结果能够真实反映结合部特性,提出采用条件数方法对实验数据进行处理之后,再进行参数辨识.为使条件数足够小,采取求平均值的办法,将条件数大于平均值的频率剔除,只保留状态值小于平均值的频率,将所保留下的频率进行比较,找出有交集的频率,并在这些频率下进行参数辨识,从而能够避免发生不适定问题.从仿真算例、实验研究结果表明,条件数法能够解决利用频响函数法辨识结合部参数时出现的不适定问题,从而提高了辨识精度.     

基于结构阻尼的机械结合部动力学模型研究

机械结合部的阻尼由连接界面之间的相对滑动产生,为结构阻尼,因此提出了一种基于结构阻尼的结合部动力学模型。该模型通过刚度和结构阻尼对机械结合部进行等效,模拟结合部的动力学特性。为了对模型进行验证,设计了一组试验进行研究。首先利用DASP系统对试验件进行模态试验,得到模态参数和模态振型,然后根据模态试验数据识别机械结合部动力学参数。基于新模型的有限元复特征值分析结果与模态试验分析结果误差较小,表明结合部动力学模型在设置适宜的参数时,能够模拟机械结合部的动力学特性,验证了模型的可行性。     

随机激励下振动系统非线性特性定性方法研究

结合FPK方程和非线性等效原理,对随机激励下的分别含有非线性阻尼、非线性刚度的单自由度系统计算等效阻尼及等效刚度。结果表明:非线性系统的等效线性频响函数图及奈奎斯特图随外激励量级的变化而变化,不同非线性类型的等效频响函数及奈奎斯特图随外激励量级的变化规律不同,从而给出了对根据实测频响函数与奈奎斯特图变化规律定性分析振动系统非线性特性和软硬特性的方法,为真实非线性动力学系统建模提供了理论依据。最后应用此方法对铝蜂窝夹层板的随机试验数据进行定性分析,得到结果可用于指导建模。     

主轴-刀柄与刀柄-刀具结合面参数辨识研究

针对获取刀尖频响函数的动柔度耦合子结构分析方法(RCSA)精度受子结构端点频响函数及各结合面参数影响,各子结构间结合面参数辨识方法研究尚未成熟之问题,研究利用传递矩阵法与RCSA耦合算法预测刀尖频响函数,利用PSO优化算法最小化理论及实验结果,辨识主轴-刀柄与刀柄-刀具结合面参数。比较结果发现,预测、实验刀尖频响函数一致性较好,说明该辨识方法能有效识别主轴-刀柄与刀柄-刀具结合面参数。     

栓接结合部刚度建模与特性分析

为在图纸设计阶段准确获取数控机床关键功能部件中栓接结合部的动态特性,综合考虑结合面和螺栓两部分因素,运用WM函数和功率谱函数表征表面微观形貌特征,利用统计学方法和Mindlin理论建立结合面刚度模型,最终建立栓接结合部法向与切向刚度模型,根据模态试验与有限元法对比验证所建模型的正确性。通过分析表面粗糙度、法向载荷和栓接结合部刚度之间的关系,结果表明:法向载荷的大小影响结合面微观形貌特性,载荷越大,真实接触面积越大,表面粗糙度越小;在相同法向载荷下,表面粗糙度越小,栓接结合部的刚度越大;栓接结合部的刚度随着法向载荷的增加而递增,其速率是先快后慢,且相互之间呈现明显的非线性关系,但当载荷较小时,栓接结合部的法向刚度与法向载荷呈线性关系,可采用线性化方法获取栓接结合部的动态特性。     

基于频响函数的结构损伤识别模型修正方法

针对模型修正中测量数据不完备问题,提出一种利用频响函数结合结构损伤识别进行模型修正的方法。首先,采用频响函数摄动分析法建立频响函数灵敏度方程,并综合考虑结构响应对参数变化的灵敏度及阻尼对振幅的影响等因素,合理选择频率范围;然后,利用完好结构的频响函数和测量得到的损伤结构固有频率重构损伤结构未测量节点的频响函数;最后,研究与模型修正相适应的传感器优化布置方法,确定传感器数目及测点位置,从而为模型修正提供所需的频响数据。数值模型试验表明,利用较少数量的传感器提供的频响数据即可识别出损伤位置和损伤程度,得到与结构实际参数相符的模型修正结果。     

基于频响函数的结构损伤识别模型修正方法

针对模型修正中测量数据不完备问题,提出一种利用频响函数结合结构损伤识别进行模型修正的方法。首先,采用频响函数摄动分析法建立频响函数灵敏度方程,并综合考虑结构响应对参数变化的灵敏度及阻尼对振幅的影响等因素,合理选择频率范围;然后,利用完好结构的频响函数和测量得到的损伤结构固有频率重构损伤结构未测量节点的频响函数;最后,研究与模型修正相适应的传感器优化布置方法,确定传感器数目及测点位置,从而为模型修正提供所需的频响数据。数值模型试验表明,利用较少数量的传感器提供的频响数据即可识别出损伤位置和损伤程度,得到与结构实际参数相符的模型修正结果。     

直线导轨进给机构动态特性参数测试方法

依据机械阻抗原理,提出一种有限元计算与实验测试相结合的方法,确定带滚珠丝杠副的直线导轨进给机构的动态特性参数.把进给机构分为三个子结构建立其动力学模型,利用有限元谐响应方法计算单个部件上测点之间的频响函数;通过实验测定装配后的结构上测点之间的传递函数;应用频响函数识别法求解进给机构在三个方向上的刚度和阻尼参数.将识别出...     

有阻尼智能弹簧减振系统参数的一种设计方法

研究简谐激励下有阻尼智能弹簧减振系统参数的一种设计方法,使系统能同时实现阻尼与刚度控制。首先,利用等效线性化方法得到系统频响特性的的解析解。然后,分析了系统参数对幅频特性的影响,得到如下结论:系统无粘性阻尼时,幅频特性曲线簇有一个公共点,有阻尼时公共点消失;影响系统幅频特性的主要参数为质量比、刚度比、阻尼比和控制参数;阻尼比和相对阻尼比影响系统实现完全耦合时所需作动力的大小。最后,根据参数分析的结论,确定系统参数的选用范围,并给出系统参数设计的方法和步骤。     

基于频响函数辨识鼓筒-轮盘结合部连接参数的选点原则

基于频响函数的辨识方法被广泛用于识别结合部动态参数,其中如何选择频响数据是关键问题。本文针对结合部采用弹簧和阻尼器连接的鼓筒-轮盘模型提出了频响数据选取原则和对应于该原则的量化标准。具体选点原则为所选取的局部信噪比最高的频点所对应的模态对连接刚度的综合灵敏度应该最高。为了定量比较不同模态对连接刚度的综合灵敏度,建立了具体的量化指标和标准。理论分析表明本文所提出的频响数据选取原则和量化标准是有效的,具有一定的工程应用价值。