运行模态分析中固有模态和谐波模态区分方法研究

摘要：在机械领域存在大量旋转机械,这使得输入激励并不满足运行模态分析（OMA）要求的均值白噪声激励条件。通过对随机信号和谐波信号统计特性的分析,提出一种简单有效的识别响应信号中周期强迫响应的方法,使OMA适用于含有谐波激励的情况,对一块由偏心电机激励的钢板进行了运行模态试验和锤击法传统模态试验,应用该方法成功识别出响应信号中的周期响应成份,通过两种试验结果验证了方法有效性,为OMA中虚假模态的辨别提供了一种新思路。     

模态响应识别的粒子群优化方法在倾转旋翼机上的应用

利用粒子群优化算法识别模态频率和阻尼比的方法无需测量激励信号,且不受邻近模态耦合的影响.阐述了简谐激励作用下利用粒子群优化方法对系统模态参数的识别过程,指出了在信号经过滤波处理后该方法不能精确识别信号模态相位的缺陷,并提出了改进方法.通过仿真计算以及应用改进的方法对倾转旋翼模型机翼端部的振动信号进行识别和分析,表明改进的方法可以精确识别出信号中各模态响应的相位值,能够有效地对系统的模态响应进行识别.     

随机激励下基于ICA的结构模态参数识别

简要介绍独立分量分析(ICA)的基本原理,提出将ICA方法与随机减量法(RDT)结合起来用于随机激励下结构的模态参数识别。结合数值仿真算例和振动试验分析,验证所提出方法用于随机激励下结构模态参数识别的有效性。结果表明,ICA可以准确地从结构随机振动响应信号中分离出各源信号,并同时估计出各阶模态振型向量,源信号与结构模态坐标存在一一对应关系,再结合随机减量法和单模态识别法可识别各阶模态的频率和阻尼比。该方法仅利用振动系统的输出响应进行分析,适用于随机激励下结构的工作模态参数识别。     

融合多工况功率谱密度函数的工作模态分析方法

频域分解(frequency domain decomposition, FDD)方法是开展环境激励下结构工作模态分析(operational modal analysis, OMA)的常用方法。但是,现有的FDD方法存在一些不足：(1)无法剔除非白激励及谐波激励引起的虚假模态;(2)无法区分结构密集模态与不相关非白激励产生的虚假模态。通过研究发现功率谱密度(power spectral density, PSD)矩阵的秩是FDD方法性能的决定性因素。在此基础上,提出一种新的工作模态识别OMA方法,该方法结合了不同激励工况下的响应PSD函数矩阵,并分别对单个激励工况下的响应PSD矩阵与多工况下的增广响应PSD矩阵进行奇异值分解,通过对比单工况PSD矩阵与增广PSD矩阵在奇异值峰值处秩的变化,识别出包括密集模态在内的结构模态参数,并消除由非白激励产生的虚假模态。采用桁架结构仿真算例和广州塔的工程数据集验证所提方法的有效性。     

环境激励下基于小波变换和奇异值分解的结构模态参数识别

采用小波变换和奇异值分解相结合的方法对环境激励下结构的模态参数进行识别.首先对环境激励下的时不变结构的加速度响应进行协方差分析得到时域协方差响应,利用小波变换将协方差响应转换到时/频域中,沿每一个尺度点提取协方差响应的小波系数阵,然后对提取的小波系数阵进行奇异值分解得到奇异值和奇异向量,最后从重构的奇异值和奇异向量中识别出结构的模态参数.文章通过3自由度系统数值算例分析了该方法的抗噪性能,结果表明该方法具有很好的抗噪能力,在15 dB噪声干扰下能够稳定和准确地识别出结构的模态参数,且比直接用小波变换方法识别的结果更准确;并通过东海大桥主航道斜拉桥模态参数识别的例子进一步验证该方法的实际应用可行性.     

大型桥梁模态参数识别的一种方法

提出一种综合运用经验模态分解(EMD)与随机减量技术(RDT)来识别大型桥梁模态参数的方法。首先利用EMD将桥梁在环境激励下的非平稳响应分解成一系列准平稳的本征模函数(IMF)分量,然后用RDT从中提取自由衰减响应,最后将该自由响应表达为一般解析形式,综合运用参数识别理论、最优估计理论识别出桥梁结构的多阶模态参数。利用南京长江大桥实测动力响应识别该桥的模态参数,并将识别结果与有限元分析结果及有关实测值进行比较,表明该方法具有很好的识别精度,适用于大型桥梁的模态参数识别。     

圆柱壳体动力响应中的模态参与问题研究

以两端简支圆柱壳体为例,研究了考虑正、余弦模态成分影响的圆柱壳体动力响应中的模态参与问题,提出了根据模态参与因子的分布特征判定模态截断阶次的方法,采用正、余弦模态叠加得到了圆柱壳体在冲击激励及旋转行波激励作用下的动力响应,基于响应的收敛性验证了判定方法的可靠性。理论计算与有限元仿真结果表明,与圆柱壳体模态特性分析不同,在求解圆柱壳体动力响应时必须同时考虑正、余弦模态成分的影响;冲击激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激振点和观测点的位置相关;旋转行波激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激励的阶次和频率密切相关。     

多点激励模态参数识别方法研究进展

在回顾多点激励模态参数识别方法理论和应用的最新进展基础上,重点针对基于响应数据的多点激励参数识别法在模态参数识别中的应用进行了分析和总结。按对激励信号模型假设不同:基于白噪声的平稳随机激励假设和非平稳随机激励假设下多点激励模态参数识别技术分别进行深入的讨论。最后,对多点激励参数识别方法的发展前景进行了探讨和展望。     

基于时频分析的运营桥梁模态参数识别方法

直接应用基于白噪声激励的模态参数识别方法识别桥梁模态参数精度较低.原因包括:运营桥梁在自由车辆激励和环境激励共同作用下的振动响应不能被近似为白噪声激励下的响应;车辆过桥过程中相当于对桥梁附加移动质量,车桥耦合体系为时变体系;大型桥梁结构响应具有不稳定成分;振动测试及分析系统精度有限.针对以上问题提出:利用短时的无车上桥时段的加速度响应数据段进行识别;利用时频分析中的小波分析技术提取响应中各阶模态对应的频带并去除不稳定数据,进而对稳定数据段直接在时域中利用波形分析法识别频率和振型;对长期连续的识别结果利用小波分析和统计分析等技术进行综合后处理.利用上述方法对滨州黄河公路大桥连续近4天的振动监测数据进行识别,识别结果可信、稳定,可应用于实际工程.     

基于谱峭度的谐波模态检测方法

在旋转机械领域,周期激励的存在使运行模态分析中含有谐波模态。根据结构模态和谐波模态的谱峭度值的不同,该文提出了基于谱峭度的谐波模态辨识方法。首先,给出了谱峭度的定义及其无偏估计算法;其次,从理论上证明应用此方法不需要滤波处理,并提出了简单且易于实现的优化方法;然后,应用频域空间域分解算法分离出谐波模态去除其对结构模态的影响;最后,通过仿真及实验成功检测出了谐波模态并消除其影响,验证了方法的有效性和可靠性。     

基于动力学环境试验数据的模态参数识别

在被测系统做动力学环境试验的同时，将振动台台面和被测系统组成的新系统作为分析对象，以振动台给定的力谱（或加速度谱）作为激励，对被测系统进行模态参数的识别。基于结构的振动台环境试验数据，通过被测系统频域中的测点加速度测量值与台面加速度测量值之间的传递率函数，导出了一个被测系统的“广义频率响应函数”，并且通过对边界条件的进一步简化和假设，最终得到了系统的模态参数。仿真算例验证了本方法的有效性。     

基于现代谱估计理论的工况模态分析

大型结构如涡轮发动机，桥梁和淑海建筑等通常都处于变化非常大的一种工作环境之下，承受某种随机的环境激励，这时就需要直接利用工况条件下的响应数据提取模态参数。根据环境激励技术（NExT)的相关理论，线性结构中白噪声响应之间的相关函数与系统的脉冲响应函数具有类似的数学表达形式。本文首先将上述结论推广到复模态中，然后采用现代谱理论，运用谐波恢复的扩充的Prony方法，从相关函数中提取环境激励下的结构的模态参数，该方法由于对实模态和复模态进行了统一的处理，因而对于实模态和复模态都适用，通过仿真数值算例表明，该辨识方法对于环境激励下的系统辨识是合理有效的。     

体自由度颤振飞行试验的边界预测方法研究EI北大核心CSCD

体自由度颤振频率低,参与颤振的模态频率在亚临界状态往往已经极为接近,加之基于大气紊流激励的颤振飞行试验数据信噪比通常较低,增加了体自由度颤振飞行试验模态辨识以及颤振预测的难度。对此提出了一种基于Matrix Pencil模态辨识方法的体自由度颤振预测方法。通过随机减量技术对输出响应信号进行系集平均,得到随机衰减标记;运用Matrix Pencil方法拟合随机衰减标记获取模态参数,并通过频率和阻尼稳定判据筛选真实模态,再通过阻尼比与颤振稳定性判据变量外插获取颤振点。通过对仿真数据与试验数据的应用,可得到以下结论:Matrix Pencil模态辨识方法能有效辨识密集的颤振模态,并获得清晰的模态辨识稳态图。基于阻尼比及稳定性判据变量外插获得的颤振预测结果较为合理,其中DTFM(Discrete-Time Flutter Margin)判据变量的下降趋势更明显,外插结果与试验值更接近。该方法适用于体自由度颤振飞行试验的亚临界预测。     

全相干多点随机激励下的模态参数识别

本文讨论全相干多点随机激励下频响函数的估计、相干函数计算及模态参数识别;设计了用单点激振模态分析设备获取多点激振下的频响函数和模态参数的方法;分析了激振力的非比例误差和非全相干误差对分析精度的影响及补偿措施;并提出了一个输入、输出噪声同时存在情况下提高频响函数估计精度的计算公式;用全相干多点激振的观点分析讨论了机床的相对式激振试验并作出了有关结论,最后对以上理论进行了工程应用考核,取得较好的效果.     

模态测试设备系统校准方法研究

为了解决模态测试设备面向模态参数的校准问题,研究了模态分析与模态叠加理论,根据该理论得到一个闭环模态信号控制算法,由该闭环控制算法构建一个由5台激振器构成的闭环系统,该组激振器模拟模态测试过程中的一组信号,此组信号包含了标准模态参数的信号,最后用该组信号来校准模态测试设备。根据该方法进行了数值模拟和试验测试,结果显示该校准方法是可行的,并且可以脱离具体的模态结构,不同模态信号的模拟也可灵活实现。     

双边刚性约束非光滑双摆的碰撞周期解

构建双边对称刚性约束的非光滑双摆模型,研究简谐激励作用下该系统的碰撞周期解及其存在条件.应用模态分析法,引入矩阵理论,构造恰当的可逆变换矩阵,在理论上计算出物理参数和碰撞恢复系数的取值范围,并给出双碰周期解的解析表达式.在理论结果的基础上,利用碰撞恢复矩阵作为衔接条件,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析系统小角度...     

利用实验获得的加速度计算系统的冲击响应

本文采用直接输入实验获得的加速度作为激励,推导了冲击响应的力学模型和计算公式。对箱装体和机组模型进行实验模态分析,并和计算结果进行了比较。     

弯扭耦合层合板模态特性数值模拟与试验研究

通过不同位置采用对称偏轴铺设纤维实现层合板的弯扭耦合,利用模态试验和有限元数值模拟研究弯扭耦合层合板的振动模态特性。采用单点拾振的方法采集层合板振动数据,分析其固有频率和振型参数,研究不同耦合区域层合悬臂板的模态节线位置,并且与有限元模拟结果进行对比。提出采用模态置信因子(MAC)定量描述层合板的弯扭耦合性能的方法,实现了采用模态特性研究层合板的弯扭耦合效应。结果表明,层合板的耦合效应,在低阶模态时中部耦合板显著,而高阶模态时端部耦合板显著。     

多级齿轮传动转子系统的模态缩减与振动特性分析

提出了一种适用于多级齿轮传动转子系统的模态缩减法,以某透平驱动水泵系统为研究对象,采用有限元法建立了系统的动力学模型,并利用模态缩减法减少了系统自由度。在此基础上研究了系统的固有特性、不平衡量与静态传递误差引起的稳态响应、启动状态下的瞬态响应以及稳定运转下突加不平衡时的瞬态响应。结果表明,在计算系统的固有频率和稳态响应时,缩减后的模型相比于原模型依然具有较高的精度。静态传递误差激励在低转速范围内即可激发系统的高阶模态,为保证计算精度,在计算静态传递误差激励引起的响应时应保留一定数量的自由度。在计算瞬态响应时,缩减后的自由度模型相比完整模型节省计算时间超过90%,且偏差很小。综上所述,提出的模态缩减法在保证计算准确性的同时大大缩减了计算时间,为多级齿轮传动转子系统动力学特性的准确预测和分析提供了高效可靠的方法。