模態(tài)分析的快速計(jì)算方法及在重卡中的應(yīng)用.pdf

1、模態(tài)分析是依據(jù)動(dòng)力學(xué)方程和輸入輸出數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)求解基于模態(tài)坐標(biāo)下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的一門科學(xué)。以保持計(jì)算精度的條件下降低實(shí)驗(yàn)成本、節(jié)約計(jì)算時(shí)間、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)狀態(tài)監(jiān)控為目標(biāo)，本文提出一整套針對(duì)大規(guī)模問題和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析的快速計(jì)算方法和系統(tǒng)。創(chuàng)新性的提出模型降階與參數(shù)優(yōu)化相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)和工作模態(tài)分析的快速計(jì)算。依據(jù)適應(yīng)性分析的要求，對(duì)重型卡車的駕駛室和車架等主要部分進(jìn)行模態(tài)分析快速計(jì)算，并對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)提出相應(yīng)建議和新的觀點(diǎn)，文章應(yīng)用先

2、進(jìn)軟件和硬件技術(shù)，提出模態(tài)分析新的發(fā)展方向和技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，建立了完整的在線模態(tài)分析系統(tǒng)，主要包含以下幾方面的工作:
　　(1)在系統(tǒng)軟件中提出模型降階與參數(shù)優(yōu)化相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)模態(tài)參數(shù)快速識(shí)別。在實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)快速識(shí)別方法研究中將間接模型降階方法與最小二乘復(fù)頻域法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)特征矩陣的正規(guī)化縮減;將表征計(jì)算效率的特征矩陣特征量進(jìn)行參數(shù)化，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，應(yīng)用遺傳算法對(duì)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步全局優(yōu)化。在時(shí)域工作模態(tài)參數(shù)快速識(shí)別方法研究中，

3、將平衡截?cái)喾椒☉?yīng)用于協(xié)方差驅(qū)動(dòng)的隨機(jī)子空間法中，結(jié)合最小信息準(zhǔn)則在保持系統(tǒng)特征不變的情況下對(duì)特征矩陣進(jìn)行降階處理，采用遺傳算法對(duì)隨機(jī)子空間特征矩陣進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。通過計(jì)算效率比較和具體算例說明模態(tài)參數(shù)快速識(shí)別方法的有效性和實(shí)用性。
　　(2)在硬件與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上提出應(yīng)用FPGA技術(shù)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)同步精確動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和快速高效計(jì)算。應(yīng)用改進(jìn)的FFT算法分別進(jìn)行軟件和硬件、實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)計(jì)算效率和計(jì)算穩(wěn)定性的比較研究，汪明硬件和系統(tǒng)

4、組成符合快速模態(tài)分析的要求，為在線模態(tài)分析打下良好的基礎(chǔ)。
　　(3)根據(jù)適應(yīng)性分析的思想，依據(jù)重卡各部分的實(shí)際特點(diǎn)采用不同的方法進(jìn)行模態(tài)分析。根據(jù)重卡駕駛室白車身重量較輕、處于半獨(dú)立狀態(tài)且行駛時(shí)環(huán)境激勵(lì)無法達(dá)到要求的特點(diǎn)，對(duì)某基礎(chǔ)車型和某高端車型改進(jìn)前后的駕駛室白車身進(jìn)行基于最小二乘復(fù)指數(shù)法(LSCE)與最小二乘復(fù)頻域法(LSCF)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，并結(jié)合有限元模態(tài)分析結(jié)果對(duì)各種方法進(jìn)行比較研究并驗(yàn)證了結(jié)果的有效性。同時(shí)提出具體的

5、修改意見并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，對(duì)車型改進(jìn)起了關(guān)鍵作用。提出第一階模態(tài)頻率質(zhì)量比的概念，依據(jù)輕量化的發(fā)展方向修正過度提高第一階模態(tài)頻率的認(rèn)知。應(yīng)用間接模型降階和參數(shù)優(yōu)化的方法相結(jié)合對(duì)改進(jìn)后的駕駛室白車身進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)快速識(shí)別，在保證計(jì)算精度的條件下使計(jì)算效率得到很大提高。
　　(4)以重卡一體化車架和貨箱為主要研究對(duì)象，根據(jù)滿載時(shí)質(zhì)量大、不便進(jìn)行力錘或激振器激勵(lì)的實(shí)際情況，提出利用環(huán)境激勵(lì)對(duì)行駛中的車輛進(jìn)行工作模態(tài)分析的方法。對(duì)環(huán)境激勵(lì)

6、下的樣本進(jìn)行時(shí)間序列分析得出其概率特征為類似維納分布的平穩(wěn)隨機(jī)特征，結(jié)合功率譜密度分析結(jié)果認(rèn)為其符合隨機(jī)子空間工作模態(tài)分析的要求。根據(jù)誤差模型建立協(xié)方差驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間特征矩陣，采用平衡截?cái)喾椒ㄅc參數(shù)優(yōu)化相結(jié)合的方法對(duì)表征特征矩陣的參數(shù)進(jìn)行縮減。采用最小信息準(zhǔn)則確定系統(tǒng)階數(shù)，對(duì)不同參數(shù)對(duì)計(jì)算效率和精度的影響進(jìn)行分析和總結(jié)，在保證模態(tài)參數(shù)識(shí)別精度的條件下提高了計(jì)算效率。將工作模態(tài)分析快速計(jì)算結(jié)果與有限元模態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行比較，認(rèn)為所得結(jié)論是可