Structural Damage Detection Method Based on Decomposition of the Operating Deflection Shapes

Full-field measurement techniques such as the scanning laser Doppler vibrometer （LDV） and the electronic speckle pattern interferometry systems can provide a dense and accurate vibration measurement on structural operating deflection shape （ODS） on a relatively short period of time.The possibility of structural damage detection and localization using the ODS looks likely more attractive than when using traditional measurement techniques which address only a small number of discrete points.This paper discusses the decomposition method of the structural ODSs in the time history using principal component analysis to provide a novel approach to the structural health monitoring and damage detection.The damage indicator is proposed through comparison of structural singular vectors of the ODS variation matrixes between the healthy and damaged stages.A plate piece with a fix-free configuration is used as an example to demonstrate the effectiveness of the damage detection and localization using the proposed method.The simulation results show that：（1） the dominated principal components and the corresponding singular vectors obtained from the decomposition of the structural ODSs maintain most of all vibration information of the plate,especially in the case of harmonic force excitations that the 1st principal component and its vectors mostly dominated in the system;（2） the damage indicator can apparently flag out the damage localization in the case of the different sinusoidal excitation frequencies that may not be close to any of structural natural frequencies.The successful simulation indicates that the proposed method for structural damage detection is novel and robust.It also indicates the potentially practical applications in industries.

NTF、ODS、PFP确定车内噪声贡献面板方法

首先建立客车结构噪声传递函数模型分析车内噪声峰值频率点。然后通过工作变形分析函数模型分析在这些噪声峰值频率点车身发生振动变形较大的位置。将这些振动变形较大的位置设置成噪声贡献面板,建立面板声学贡献量分析模型来确定这些面板对车内噪声水平贡献程度,确定板件对车内声压影响主次关系。该方法为车内噪声评估和车身面板优化提供有效理论指导。

评价纺织机械动态性能的新方法——运转变形型态分析(ODS)

本文介绍的 ODS 技术能够直接测量机械运转变形形态、它提供运动参数和机械故障的有用信息,作为评价机械动态性能的依根,亦可以指出修改机械结构优化的部分,以防止振动,早期失效和摩损等问题。文章通过三种纺纱锭子的动态性能 ODS 分析,摇架的 ODS 评价和细纱机主轴系统结构动态性能的 ODS 分析,证明了这种 ODS 技术具有试验简单,操作方便和计算比较精确的特点,而且利用 ODS 真实反映机械运动变形规律。尤其适用于稳态工作条件下的纺织机械动态性能评价。

Crack location identification of rotating rotor systems using operating deflection shape data

Crack location identification, as one key destination of structural health monitoring, is still a challenge for operating rotor systems. The operating deflection shape (ODS), which represents a visual description of the structural vibration patterns under operating conditions, has been gaining importance for structure damage detection in recent years. The ODS carries damage information of a structure, however, it is also difficult to detect weak cracks of rotor directly. The approximate waveform capacity dimension (AWCD) method was successfully applied to damage detection of plates and beam-like structures. In this paper,a strategic approach that combines ODS and weighted AWCD is proposed for crack location identification of the rotating rotor.To eliminate the false peaks of AWCD and obtain desirable results, a weight factor and ODS curvature data are introduced to the expression of the weighted AWCD. The effectiveness of the proposed method is validated by numerical simulation and experimental investigation in a cracked rotor system. The results indicate that the proposed approach not only provides good identifying performance for incipient rotor cracks, but also effectively eliminates the fault peaks introduced by the inflexion locations of ODSs. Moreover, the proposed approach proves promising in detecting crack locations of rotating rotor systems.

某款服务器机箱振动与噪声传递函数分析和优化

为解决机箱振动及噪声引起的机械硬盘读写速度降低的问题,应用Abaqus软件,对某款服务器机箱分别进行模态分析、振动传递函数VTF(vibration transfer function)以及噪声传递函数NTF(noise transfer function)分析,得到机箱的动态特性、机械硬盘的振动加速度频响曲线以及机箱声腔的声压级频响曲线。通过模态贡献量、工作变形等分析手段找出机箱结构振动及结构噪声出现峰值的原因,确认机箱传递路径的优化方案并进行了验证,为研究因机箱振动及噪声引起的机械硬盘读写速度降低的问题提供参考。

基于实验模态和工作变形的大型风力发电机转子动力学特性分析

对大型风力发电机转子设备静止和旋转状态下的动力学特性进行了实验分析。研究主要基于实验模态分析和工作变形分析,采用LMS.TESTLAB系统及无线数采系统,首先测试各响应点锤击激励下振动信号,信号经频响函数计算、曲线拟合后得到其各阶模态参数;然后进行全转速振动测量,并根据实验结果选取共振运行工况,进行工作变形测试分析;最终实现转子静态及旋转状态数据收集、模态参数提取和分析。分析结果表明:发电机转子在旋转过程中,发生共振的频率与实验模态频率存在偏差,转子整体刚度减小;且在旋转电磁力作用下,振型由静止状态时的驻波形式变为行波形式。该研究结果对于转子动力学评估、仿真模型修正及参数输入以及转子结构优化设计具有借鉴参考意义。

整车低频鼓噪问题研究及优化

以某开发车型低频40Hz鼓噪问题实际案例为载体,研究了鼓噪问题产生机理、问题诊断方法及应用、参数修改及方案验证过程。基于粗糙路面与过坎瞬时冲击两种工况车内噪声主观感受相同及客观测试频率区间一致的特点,通过瞬态过坎测试悬架、车身板件振动,运用时域变形分析(ODS)法,结合多参考TPA技术,分析了鼓噪问题的产生机理、原因。利用频域ODS分析法、模态分析技术,锁定引起问题的主要贡献路径,结合工程样件实车测试验证锁定最终方案。对比改善前后效果得出,主观评价车内噪声压耳感明显降低,20~60Hz频段鼓噪有效声压级(RMS)降低5dB以上。

工作模态分析方法的应用研究

在供水管道系统中,管道系统的振动是噪声污染的主要原因,有必要对管道系统的动态特性进行深入地研究．本文对管道系统实验模型进行工作模态分析,利用带阻滤波技术对含有谐波的响应信号进行预处理,使信号满足白噪声激励条件,生成ODS FRF函数,并拟合得到系统的工作模态参数和振型．与试验模态分析结果相对比,并经实例分析,证实了该工作模态分析理论与方法的可行性,可以为供水系统的减振降噪及改造研究提供可靠的依据．

关于某SUV车内轰鸣声的分析与研究

某SUV汽车加速过程中在发动机转速为1700r/min时存在明显轰鸣声,严重影响车内乘坐舒适性。通过道路上车内噪声的测试与分析、模态分析、工作变形分析、CAE分析等方法对轰鸣声产生的原因进行了研究,确定该轰鸣声是由车身地板的局部结构振动和空腔声学模态耦合引起的。通过提高车身地板局部刚度改变结构振动的固有频率,避免了地板振动与声腔模态耦合。对地板进行局部改进后,道路试验结果表明车内轰鸣声得到明显改善,噪声降低5dB(A)。

基于不中断交通运行模态分析的模态挠度法在桥梁状态评估中的应用

以张家港河大桥为对象,在不中断交通条件下对该桥实施模态试验,建立和修正其有限元模型,由此对试验模态振型质量归一化。利用振型已质量归一化的试验模态参数,计算该桥已知静荷载作用下的试验模态挠度,通过模态挠度与静挠度实测值的比较、关键问题的仿真研究和模态振型对模态挠度影响的误差分析,探讨和说明了基于不中断交通运行模态分析的模态挠度法在实际工程中应用于桥梁状态评估的可行性与有效性。

某微型车车内振动噪声分析及控制

以提高某微型车车内NVH性能为目标,通过建立声固耦合有限元模型,进行噪声传递函数分析,以车内响应点噪声峰值为评判标准,筛选出引起车内噪声的主要危险激励频率和危险工况;进一步通过工作变形有限元分析,确定在危险工况下振动变形最大的车身板件,即引起车内噪声的危险板件;以加装动力吸振器的方式抑制危险板件的振动,进而降低车内噪声。试验结果表明,车内48 Hz噪声峰值降低2 d B(A)左右,满足优化要求。

随机激励下列车自动门的工作响应振型检测

采用了工作响应分析技术和PSV-400-B型激光扫描测振仪,获得列车自动门的工作响应参数,包括频率和振型。在GB/T 21563-2008模拟长寿命随机振动环境下实施工作响应参数试验,给出了实验方案和系统框图,证明了激光扫描测振仪的准确性。对于某型列车自动门,采用三种扫描测点布置方式:①包括玻璃窗的门扇,②不包括玻璃窗的门扇,③仅对玻璃窗。获得了三种扫描对象的1次工作响应参数,包括工作响应频率及其振型。

基于模态分解的下位玻璃关门异响试验分析

针对某车型的车门在下位玻璃状态下存在的关门异响问题,以工作变形分析为基础,提出了一种基于工作变形模态分解的关门异响振动噪声源识别方法。首先,对关门声信号进行短时傅里叶变换时频分析,判定出关门声存在二次冲击现象,且噪声能量主要分布在低频辐射噪声部分;其次,采用工作变形试验识别出车门工作变形主要频率及振型,通过车门半约束模态试验获取车门模态频率及振型;最后,依据车门模态特性对工作变形进行模态分解,判定出异响振动噪声源。利用此方法对某车门进行试验分析,成功识别出该车型关门过程中的异响振动噪声源。试验结果显示,改进后关门二次冲击现象消失,关门异响得到有效改善,验证了该异响识别方法的有效性。

改进的振动谱分析在内燃机车降噪中的应用

针对铁路内燃机车司机室噪声偏大的问题,对噪声与振动测试系统进行试验研究,利用声频谱对噪声的基本面做评估,找到了噪声谱中与结构噪声相关的异常峰值。使用振动的频域工作变形分析和基于谱峭度的振动谱分析,找到了结构噪声的重要源头。切断该结构噪声源头后再次进行噪声验证试验,额定工况下司机室的噪声值平均下降4分贝,且与结构噪声相关的故障频段声压级均明显降低。证实了应用谱峭度指示滤波以提取出高信噪比的振动信号可以很好地反应出故障特征,并指明结构噪声改进的方向。

变荷载下基于运行宏应变形状的宏应变模态识别（英文）

为了发展宏应变模态识别技术并提高其在土木结构健康监测中的适用能力,提出了运行宏应变形状的概念及相应的获取方法,并进一步识别了宏应变模态,以适用结构处于不断变化的未知激励环境.所提新技术的核心是基于宏应变传递率函数在系统极值点独立于激励源并收敛的独特性质.通过对一个三跨连续梁结构模型进行力锤激励,对所提方法进行了试验验证,同时将识别结果与未知激励条件下最常用的峰值拾取法(PP)和随机子空间法(SSI)以及数值结果进行了对比分析.结果表明,该方法联合了多次测试数据,在不同加载工况下,其识别结果在精度和稳定性方面具有独特优势。

附加质量块对某型轿车车内噪声影响的试验研究

针对某型MPV轿车高速行驶时车内低频轰鸣噪声问题,对该车分别进行工作变形和底盘悬架系统对车内噪声测点的传递路径分析发现,横向推力杆是车内低频噪声的产生激励源。为节约成本,采用在横向推力杆上安装附加质量块的方法解决车内低频噪声问题。通过理论计算确定附加质量块的大小和安装位置,并对安装附加质量块后的车内噪声进行测试,发现附加质量块的安装可有效降低该型轿车车内低频噪声问题。

工作变形分析方法在发电厂汽水管道振动治理中的应用

通过工作变形分析方法处理振动测试数据,可获得管道运行过程中时域和频域内的实际变形特征,以此更有针对性地进行振动治理。以浙江某发电厂给水管道振动治理为案例,采用工作变形分析方法对测试数据进行分析,发现管道上存在的支吊架松动和失效现象,根据管道实际变形特征,制定了减振治理措施,并采用模拟计算验证了此方法的有效性。

恒速直线连续面扫描激光多普勒测振方法

介绍了一种恒速直线面扫描方式下的连续扫描激光多普勒测振(Continuous scanning laser Doppler vibrometry,CSLDV)方法。该方法在扫描多普勒测振系统的基础上,通过控制激光头两个相互垂直的扫描镜连续恒速运动实现激光点在被测平面连续扫描测试。本文阐述了恒速直线面扫描连续激光多普勒测振的基本理论,以及测试信号处理过程中的延迟去除和振型解调中的滤波器选择、坐标变换等内容,并以平板结构为例完成了连续激光多普勒测振实验及数据分析方法的验证,采用最小化虚部振型的方法解调了测试工作变形。结果表明,由恒速直线面扫描测试获得的工作变形与相应模态振型十分接近,可以作为空间分辨率很高的振型测试数据。连续扫描激光多普勒测振技术是一种高分辨率振型测试的高效方法,具有十分重要的应用价值。

基于复特征值分析的某盘式制动器制动尖叫问题改进

以某车型出现2000 Hz制动尖叫问题的盘式制动器为研究对象,建立制动器的有限元模型。通过试验模态对有限元模型进行修正,应用复特征值分析技术,获取系统的复特征值和振型,并通过ODS测试确认与制动尖叫频率对应的不稳定模态。然后针对此不稳定模态,通过相关性分析量化制动器零件对系统不稳定模态的贡献,采用优化具有最大贡献量的零件几何结构来改善制动尖叫。最后通过SAE J2521台架试验验证此方法可行。

E-305S立式木工铣床动态特性试验研究与结构优化

应用ODS(Operating Deflection Shapes)试验方法识别木工铣床在空转与切削深度2mm两种不同工况下的振动特性,得到了铣床在不同转速下的振动峰值频率分布以及相应的振型,通过与切削试验结果对比,验证了空转状态ODS试验的准确性;根据不同转速下铣床ODS振型找出铣床存在的薄弱环节,并对铣床进行结构优化;采用ANSYS对优化后模型进行有限元分析,根据优化前后分析结果对比,优化后提高了铣床低阶固有频率,其中一阶固有频率提高了67.5%,改善了部分薄弱模态振型,使铣床的整机动态性能得到提高。