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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。
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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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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 基础理论及试验 > 航空器地面试验 > 动力试验 > 振动试验
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