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声激励下结构模态参数识别的试验研究

作　者: 伍特辉
导　师: 陈怀海
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 工程力学
关键词: 声音激励模态参数辨识结构健康监测随机减量/ERA法 NExT/ERA法有限元分析
分类号: V216.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在结构故障诊断、健康监测、振动设计等诸多领域中,结构模态参数的获得是十分重要的基础。在常规的模态实验中,激励方式常采用锤击或激振器激振,但对一些精密仪器或结构,常规的激振方式的使用会受到限制,此时采用声音进行非接触式激励是一种很好的选择。例如卫星结构、载人航天器结构等,常规的激振方式有可能会对其造成损伤。还有一些处于特殊环境下的结构,如处于高温下的结构,此时常规的激振方式也难以实施。另外,航天器在高速飞行时,其本身也会受到强烈的噪声激励。因此,研究声音激励下的结构振动特性参数识别具有重要的意义和价值。与常规的激振方式相比,声激励对结构的输入无法精确测量和准确控制,声音激励下结构振动响应信号的信噪比也比较差,这给结构振动特性参数识别带来了很大困难。本文主要针对上述背景展开研究工作。本文完成的主要工作内容如下:1.综述了振动模态分析在工程领域的应用背景和意义,以及国内外在该领域的研究现状。总结了多种模态参数识别的方法,对各种模态参数识别方法进行了比较详细的分析。2.构建了以硬件PXI和软件LabVIEW为基础的声音激励实验系统。3.进行了声音激励下飞机模型的模态实验,对飞机模型进行了结构振动特性有限元分析。4.将随机减量法和和自然激励法分别与ERA法相结合,应用MATLAB语言编写了两种模态参数识别的程序,并运用实验采集的数据进行了模态参数识别;与商业化软件I-DEAS的模态参数识别结果进行了对比。研究表明,本文编制的两种模态参数识别方法是有效的,可以用于声音激励下结构模态参数识别;用声音激励进行结构低频模态参数识别是可行的。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-9
图、表清单  9-10
注释表  10-11
第一章绪论  11-16
  1.1 课题的研究意义及目的  11-12
  1.2 国内外研究发展与现状  12-14
  1.3 论文研究主要内容  14-16
第二章模态参数识别方法介绍  16-33
  2.1 随机减量法  16-18
  2.2 自然激励技术（NExT 法）  18-20
  2.3 特征系统实现算法（ERA 法）  20-26
    2.3.1 特征系统实现算法（ERA 法）  20-23
    2.3.2 ERA 法实验算例  23-26
  2.4 其它时域模态参数识别方法  26-32
    2.4.1 Ibrahim 时域法（ITD 法）  26-28
    2.4.2 ARMA 模型时间序列分析法  28
    2.4.3 随机子空间法  28-30
    2.4.4 模态函数分解法  30-31
    2.4.5 功率谱峰值法  31
    2.4.6 复指数法  31
    2.4.7 频域分解法  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章声音激励下的模态实验  33-42
  3.1 PXI 总线技术简介  33-36
    3.1.1 PXI 概述  33
    3.1.2 PXI 与VXI 比较  33-34
    3.1.3 PXI 模块产品  34-36
    3.1.4 信号采集系统的组成及安装  36
  3.2 LabVIEW 简介  36-39
    3.2.1 采集程序结构  37-38
    3.2.2 PXI 数据采集  38-39
  3.3 飞机模型实验简介  39-41
    3.3.1 实验框架结构模型设计  39-40
    3.3.2 测点布置  40
    3.3.3 激励形式  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章声激励下的模态参数识别  42-58
  4.1 模态参数识别的一些基本假定与信号处理  42-43
    4.1.1 基本假定  42
    4.1.2 信号滤波  42-43
  4.2 实验中所采集的信号处理  43-45
  4.3 在锤击激励下结构的模态参数识别  45-47
  4.4 随机减量法/ERA 法模态参数识别  47-49
    4.4.1 随机减量/ERA 法模态参数识别操作流程  47
    4.4.2 随机减量法计算自由衰减函数  47-48
    4.4.3 ERA 法识别模态参数  48-49
  4.5 NExT/ERA 法模态参数识别  49-52
    4.5.1 NExT /ERA 算法操作流程  49-50
    4.5.2 NExT 法计算互相关函数  50-51
    4.5.3 ERA 法辨识模态参数  51-52
  4.6 在I-DEAS 软件中进行频域模态参数辨识  52-54
    4.6.1 频响函数估计  52-53
    4.6.2 应用I-DEAS 软件识别模态参数  53-54
  4.7 有限元仿真  54-56
  4.8 模态参数识别结果比较分析与小结  56-58
第五章全文总结及展望  58-60
  5.1 全文工作总结  58
  5.2 未来的工作和展望  58-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
在学期间的研究成果及发表的学术论文  65

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