基于实验模态参数的结构多层结合部参数识别

本文从一般情况出发，提出了一种利用结构实验模态参数与子结构有限元模型，识别结构多层结合部刚度与阻尼参数的方法。当结合部模态向量分别为可测，部分可测或不可测时，给出了相应的识别算法，特别地，当结合部模态向量为可测时，其识别算法无任何矩阵求逆运算。算例表明，本文方法具有满意的识别精度。     

基于局部模态的约束子结构模型修正法

针对局部子结构为修正对象的情况提出了约束子结构修正法,实现只利用整体结构模态中对应子结构部分的模态即可以修正子结构模型.由脉冲响应结合特征系统实现法识别出子结构的低阶模态;结合识别的模态和整体结构理论模型的高阶模态构造整体结构对应子结构位置的柔度矩阵;利用柔度矩阵的物理意义,在子结构的边界上施加数值支座,把子结构从整体结构中隔离出来成为约束子结构,同时构造出约束子结构的柔度矩阵;利用灵敏度的方法根据构造出的约束子结构柔度矩阵,优化修正约束子结构,即间接等效地修正子结构模型.通过一个平面桁架结构验证了约束子结构模型修正法的可行性与有效性,即使在5%或10%的噪声影响下,仍能得到满意的修正结果.     

子结构物理参数的一种识别方法

本文基于复模态综合和优化技术,提出一种子结构物理参数识别方程。该方法利用复模态综合在广义坐标下建立物理参数识别方程,然后将物理参数识别化为优化问题求解。给出了一台钻床的子结构物理参数识别实例来说明方法的有效性.     

结构模态参数的时序分析(ARMAV模型)识别法

本文简述了用时间序列分析(ARMAV 模型)识别结构模态参数的原理,对建模方法进行了分析,并对建模分析中至关重要的初值选择问题进行了讨论,提出了一种有效的初值的选取方法;在模拟计算部分中,用 Wilson-θ积分法模拟了一个三个自由度的振动和低信噪比、大阻尼振动和密集模态等复杂情形,对用时序方法(ARMAV 模型)识别模态参数的能力进行了检验;最后通过对实验数据进行有效的预处理后,用时序方法(ARMAV 模型)识别出一个真实结构(圆盘)的第一、二阶模态参数,并得到结构的完整振型.     

一种不受相位噪声影响的模态参数识别法

本文提出了一种根据幅值频响数据来识别模态参数的频域识别法.该方法首先通过识别幅值频响函数模型来得到传递函数的零点和极点.鉴于不同结构系统可以有完全相同的幅值频响函数,文中提出了由相位频响数据来判定传递函数零点的号性,以唯一确定传递函数,从而消除了相位噪声对模态参数识别结果的影响.作为例子,文中给出了计算机模拟实验例子和滚动轴承支承动态参数识别的应用实例.     

基于贝叶斯方法的模态参数识别的不确定度分析

振动模态分析和模态参数识别是动态测试的一个重要研究方向。模态参数在模型的修正、响应的预测、系统的健康检测及控制等方面有着重要的作用。但动态测试的不确定度分析,尤其是模态参数的不确定度的研究还十分缺乏。本文主要基于贝叶斯方法,通过傅立叶变换(FFT)建立时域数据和频域数据之间的对应关系。根据共振频带内的多个模态的响应数据得到相对应的模态参数,优化得到模态参数的最佳估计值,评定模态参数识别的不确定度。在固支梁的模态实验中,加速度传感器采集环境激励中的振动数据,运用贝叶斯法进行处理得到模态参数的最佳估计值。在此基础上,通过模态参数的最佳估计值,以及仪器的检定报告数据,结合合成不确度分析方法,系统分析了模态参数识别的不确定度。     

多输入—多输出实验模态参数识别（2）：时域识别法及其内在联系

本文在多输入——多输出实验模态参数识别技术离散统一模型的基础上,介绍了几种得到广泛应用的多输入——多输出实验模态参数时域识别技术,如直接参数模型识别法,Polyreference 识别法,Ibrahim 时域法和特征系统实现算法(ERA),并将这几种算法统一在一个基本的数学模型—离散的统一模型上,指出了这几种识别方法相互之间的联系。     

曲率模态及其在桁架桥梁损伤识别中应用

当前桥梁的安全性问题日益引起人们的广泛关注，对桥梁结构进行状态监测和安全评估成为众多学者的研究课题。在目前所采用的各种方法中，模态分析法的应用最为广泛，通过监测桥梁的模态参数即可获得其状态信息。通常在模态分析中所采用的参数如：固有频率、振型等参数，反映的都是结构的整体特性，难以用来确定故障位置，只有利用能够表征结构局部特性信息的模态参数曲率模态的变化，才能完成桥梁状态监测工作。本文以1：10钢桁架桥梁模型为研究对象，用有限元模型及实验模型进行局部损伤的识别，实验采用锤击法及变时基(VTB)技术对桥梁模型进行了模态分析。识别表明，通过曲率模态的变化可明显识别结构的损伤部位，取得了很好的识别效果。为今后桥梁结构损伤识别提供了一种可行的研究方法。     

多输入—多输出实验模态参数识别（1）：统一的数学模型

本文利用状态空间方程给出一般粘性阻尼线性振动系统的线性高阶微分多项式模型,及其所对应的离散差分模型.这个模型描述了系统多输入激励信号和多输出响应信号之间的关系.近十年来发展起来的多输入—多输出实验模态参数识别都是建立在这个模型之上的,在这个意义上,我们称之为多输入—多输出实验模态参数识别技术的统一数学模型.当考虑到测量频段外模态和测量数据中噪声的影响时,本文也给出了相应的统一数学模型.     

复杂承载钢结构模态参数识别与综合性能评价

提出了根据动力特性试验识别结构的模态参数,运用优化算法修改动力有限元模型,进而评价复杂承载钢结构练合性能的方法.针对复杂承载钢结构的结构特点和激振形式,推导了模态参数识别公式;介绍了有限元模型动力修正的一阶搜索优化算法.利用近似平稳随机激励,对井架钢结构进行了现场模态试验,识别出前三阶固有频率和前二阶振型,分析了该结构的实际运行状况.仅依据前二阶固有频率,应用一阶搜索的优化算法,对动力有限元模型进行了修正,重分析表明:该修正模型实现了前三阶固有频率和应力特征的精确反演,能够用于进一步的静、动力分析和综合性能评价.     

Identification of nonlinear bolted lap-joint parameters by force-state mapping

Joints and fasteners often have a significant effect on the dynamical behaviour of assembled mechanical structures and the analytical prediction of structural responses therefore depends upon the accuracy of joint modelling. Detailed constitutive models that fully describe the behaviour of frictional interfaces are often unduly complicated; in which case simpler phenomenological models having parameters identified from vibration tests may be preferable. Unfortunately the direct measurement of forces transmitted between two contacting surfaces and their relative displacements are not possible in practice and it is therefore necessary to rely on measurements remote from joints. In this paper, the parameters of an assumed nonlinear joint model are identified by force-state mapping from time-domain acceleration records in response to single-frequency excitation close to the first natural frequency. The problem of lack of accessibility for measurement at the joint is overcome by casting the governing equation of the system in modal coordinates so that modal parameters are identified to represent the nonlinear behaviour of the joint. A particular result from the experimental programme is the identification of viscous damping coefficients dependent upon displacement amplitude. The significance of this result is that the complex phenomenon of energy dissipation in lap joints can be represented by a simple analytical model capable of producing accurate results.     

随机激励下受热翼面的模态频率特性试验研究

现代高速飞行器结构热模态频率特性试验研究,对这类飞行器设计校核和飞行安全具有重要意义。根据飞行过程中遭受的气动加热特性设计了瞬态热环境模拟系统,同时,根据高温环境的特点对测试中的激励和测量方式进行了重新设计,成功地将普通激振器应用于高温结构模态试验,最终将热环境模拟系统与振动测试系统组合,形成一套考虑瞬态热影响的热模态试验系统,实现了瞬态热环境下结构模态的地面测试。对一个切尖三角翼测量了各个加热区的温度随加热时间的变化,验证了加热温度控制的精确性;在纯随机激励下对测得的激励和振动响应信号采用短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transformation,STFT)进行时变模态参数辨识,获得了前四阶模态频率随加热时间的变化,并与结构有限元数值计算结果进行了比较,试验与计算结果吻合得很好,验证了该试验方法对热模态测试问题的有效性和准确性。通过分别对瞬态和稳态热环境下结构模态频率试验和计算结果的分析,探讨了结构瞬态温度场对模态频率影响的机理,揭示了结构内部存在的热应力和材料属性的变化,是决定模态频率随加热时间变化趋势的内在原因。     

Research on the iterative method for model updating based on the frequency response function

Model reduction technique is usually employed in model updating process.In this paper,a new model updating method named as cross-model cross-frequency response function(CMCF) method is proposed and a new iterative method associating the model updating method with the model reduction technique is investigated.The new model updating method utilizes the frequency response function to avoid the modal analysis process and it does not need to pair or scale the measured and the analytical frequency response function,which could greatly increase the number of the equations and the updating parameters.Based on the traditional iterative method,a correction term related to the errors resulting from the replacement of the reduction matrix of the experimental model with that of the finite element model is added in the new iterative method.Comparisons between the traditional iterative method and the proposed iterative method are shown by model updating examples of solar panels,and both of these two iterative methods combine the CMCF method and the succession-level approximate reduction technique.Results show the effectiveness of the CMCF method and the proposed iterative method.     

用声信号识别构件模态频率

本文提出一种新的模态分析方法—用声信号识别构件模态频率.传声器不与结构表面接触,消除了附加质量的影响.同时,结合时间序列谱分析法改善并提高了响应谱的精度.     

Modal identification based on Hilbert-Huang Transform of structural response with SVD preprocessing

In recent years, Empirical mode decomposition and Hilbert spectral analysis have been combined to identify system parameters. Singular-Value Decomposition is pro- posed as a signal preprocessing technique of Hilbert-Huang Transform to extract modal parameters for closely spaced modes and low-energy components. The proposed method is applied to a simulated airplane model built in Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems software. The results demonstrate that the identified modal parameters are in good agreement with the baseline model.     

改进的直接部件模态综合法

Yee和Tsuei提出的直接部件模态综合法将自由界面模态综合法与频响函数相结合 ,简化了计算过程、减少了计算量 ,并便于与实验模态分析相结合。本文在其基础上利用矩阵级数展开的方法将被截断高阶模态的贡献用保留模态和系统物理特性矩阵精确表达 ,结合分块计算方法 ,进一步减少了计算量并有效地提高了计算精度 ,且确定了模态截断准则。数值算例表明其行之有效     

斜拉索模态试验参数研究

试验模态分析是斜拉桥索力测试中广泛应用的方法。该方法的关键之一是采取合理的试验方案获取可靠的响应信号以识别出正确的索振动频率。本文通过试验,详细讨论了斜拉索模态测试中若干试验参数,如激振类型、激振位置、传感器位置以及频率分辨率对试验结果的影响;比较环境激励与锤击激励的效果,验证了环境激励的方法也可以准确识别索的频率;最后给出了较为合理的斜拉索模态试验方案,用该方案确定的索力与理论计算结果相差不超过 1. 5%。     

利用Kriging方法进行结构模型修改

结构模型修改已经演化为一个多学科的研究课题，本文将该问题处理为确定从模态参数到模型参数之间的映射问题，并利用起源于地质统计学的Kriging技术实现该映射。对于一实际钢结构，通过实验测量得到了全部摸态数据，利用部分测量得到的模态数据进行了模型修改的实验研究，实验结果表明，利用修改后模型计算得到的全部摸态数据与测量结果吻合良好，表明该模型修改方法是可行的；同时该方法表现出了与基于神经网络的修改方法的互补特性。     

Modal analysis and dynamic responses of a rotating Cartesian manipulator with generic payload and asymmetric load

Abstract

Here, investigation to explore the effect of generic payload and externally applied asymmetric load on the calculation of modal parameters and dynamic performance of a rotating flexible manipulator under prismatic motion has been established. We thus have developed a dynamic model of a rotating Cartesian manipulator with a payload whose center of gravity doesn’t coincide with the point of attachment, to determine the modal parameters i.e., natural frequency and corresponding mode-shape. These modal parameters are then illustrated graphically upon varying parameters like offset parameters (i.e., offset mass, offset inertia, offset length), mass and stiffness of rotary actuator, and amplitude and frequency of asymmetric load. An investigation into the nonlinear dynamics of the system accounting of geometric nonlinearity has been executed while obtained results have been validated numerically within the permissible error at the assorted critical points in frequency characteristic curves. Current research further investigates the influences of offset parameters, mass and stiffness of the actuator, frequency and amplitude of axial force on the steady state responses for the primary and sub-harmonic resonance conditions to reveal the built-in saddle-node and pitchfork bifurcation due to which the system losses its structural stability. This work enables an insight into the modal characteristics and nonlinear behavior of a rotating-Cartesian manipulator with a generic payload under asymmetric axial force and prismatic motion.