實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的前端信號(hào)精度研究及虛擬式模態(tài)分析儀的研制.pdf

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、振動(dòng)測(cè)試技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，從上個(gè)世紀(jì)60年代開始發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)重要的工程應(yīng)用技術(shù)。到目前為止，與其相關(guān)的理論模型研究，已經(jīng)較為完善，并逐步轉(zhuǎn)向各種行業(yè)的工程應(yīng)用中。在機(jī)械、建筑、航空航天、船舶、汽車等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，并且已經(jīng)日趨成熟。在國(guó)內(nèi)外也出現(xiàn)了多種不同功能、不同層次的模態(tài)分析軟件。隨著科技的進(jìn)步，很多工程結(jié)構(gòu)對(duì)模態(tài)分析軟件的分析結(jié)果精度要求越來(lái)越高，然而由于結(jié)構(gòu)本身、傳感器、數(shù)據(jù)采集調(diào)

2、理、參數(shù)識(shí)別等環(huán)節(jié)都可能引入誤差，所以模態(tài)參數(shù)識(shí)別結(jié)果的精度往往不高。本文正是基于以上背景，完整地開發(fā)了一套虛擬式模態(tài)分析儀，并且對(duì)其前端的頻響函數(shù)估計(jì)精度問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究和探討。
　　文章首先介紹了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的相關(guān)研究背景和國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，然后較為系統(tǒng)地描述了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的基礎(chǔ)知識(shí)。從物理模型出發(fā)，推導(dǎo)出了模態(tài)分析的理論模型，從正反兩個(gè)角度說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的原理。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的運(yùn)作流程，完整地介紹了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的過(guò)

3、程，包括實(shí)驗(yàn)前的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（結(jié)構(gòu)的安裝、調(diào)試和校準(zhǔn)，激勵(lì)測(cè)點(diǎn)、響應(yīng)測(cè)點(diǎn)布置等）、幾何結(jié)構(gòu)模型的建立、時(shí)域原始振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集、頻響函數(shù)的估計(jì)、模態(tài)參數(shù)的識(shí)別、模態(tài)模型的驗(yàn)證、結(jié)果參數(shù)和振型動(dòng)畫的輸出等。
　　針對(duì)提高頻響函數(shù)的估計(jì)精度問(wèn)題使用兩種方法進(jìn)行了專門的研究和探討，一種方法是使用頻率抽取校正方法首先對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行頻譜校正，提高其頻譜精度，待各個(gè)測(cè)試點(diǎn)各個(gè)方向的數(shù)據(jù)都進(jìn)行校正以后，再使用其進(jìn)行頻響函數(shù)估計(jì)，然后在頻響函

4、數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別，得到較高精度的模態(tài)參數(shù)；另一種方法是采用高階譜的方法，使用高階譜優(yōu)良的噪聲不敏感性，首先對(duì)原始采樣數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行雙譜估計(jì)，再使用雙譜重構(gòu)原始信號(hào)的Fourier變換，達(dá)到去噪的目的，然后使用重構(gòu)信號(hào)估計(jì)頻響函數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別。通過(guò)仿真數(shù)據(jù)和實(shí)際的簡(jiǎn)支梁采樣數(shù)據(jù)分別驗(yàn)證了兩種方法的有效性，得到了精度較高的模態(tài)參數(shù)識(shí)別結(jié)果。
　　文章還重點(diǎn)介紹了QLVMA-2型虛擬式模態(tài)分析儀的研制研發(fā)過(guò)程和其各個(gè)部

5、分的功能結(jié)構(gòu)。該模態(tài)分析儀采用圖形化的顯示操作界面，簡(jiǎn)潔明了、用戶操作簡(jiǎn)單、上手快，真正體現(xiàn)了“虛擬”儀器的特點(diǎn)。該模態(tài)分析儀可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析過(guò)程，分別為幾何結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集、頻響函數(shù)估計(jì)、模態(tài)參數(shù)識(shí)別、結(jié)果參數(shù)和振型動(dòng)畫顯示、模態(tài)模型驗(yàn)證等。在介紹儀器功能的基礎(chǔ)上通過(guò)簡(jiǎn)支梁的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析、鋼板結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析、工字形梁的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析、剛性框架結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析、摩托車車架結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析等各種形狀、大小的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)