基于随机子空间法的海上风电机组模态阻尼比识别与评估

海上风电机组在整机载荷计算时必须考虑整机与基础的阻尼比。但现有条件下,模态阻尼比的识别精度偏低,工程应用上,模态阻尼比测试值存在离散性,短期测试难以得到有统计意义的结果。为此提出一种针对海上风电机组的阻尼比评估方案,采用运行模态分析(Operational Modal Analysis,OMA)方法对广东沿海某风电场某型号风机进行1个月的持续测试,应用随机子空间法识别阻尼比,确定了阻尼比测试值的概率分布模型,研究了阻尼比离散程度与采样数据时间、测试样本数量、风速、湍流等因素的关系。结果发现随着采样时间的增加,置信区间上下边界均有增大的趋势,阻尼比离散程度在低风速高湍流下较大,随着风速增加而降低。给出阻尼比分布模型与95%置信区间,将阻尼比识别值置信范围降低到0.1%。所提方案降低了测试时间成本,为产品设计研发提供了具备统计意义的实测数据支持。

识别结构模态阻尼比的一种新方法

提出一种新的由结构自由振动响应识别结构阻尼比的方法。对于单自由度振动系统 ,推导出响应历程与时轴所围各面积之间的确定性关系后 ,利用各面积之间的关系来确定自由衰减振动的阻尼比系数。与传统的对数衰减率法比较 ,它具有抗噪声干扰能力强、精度高、稳定性好及简便实用等特点。对于多自由度振动系统 ,先将结构上某测点的自由振动响应表达为一理论解析式x (t) ,以eat相乘x (t) ,预给a初值范围 ,通过牛顿二分法(或黄金分割法 )搜索a值 ,直至eatx (t)做等幅振荡 ,则该阶模态的各模态参数得以确定。从总响应中扣除该阶模态对总响应的贡献后 ,重复这一过程 ,则可识别出响应信号中各阶模态的模态阻尼比。仿真计算与岳阳洞庭湖斜拉桥拉索实测试验结果表明了本文方法的有效性和实用性。

竖向混合结构模态阻尼比计算研究

竖向混合结构因各子结构提供的能量损失机制不同,导致结构阻尼矩阵为非比例阻尼矩阵。基于复阻尼理论,推导了竖向混合结构的模态阻尼比计算公式。以一个12层竖向混合框架结构试验为例,将该方法计算得到的模态阻尼比与试验实测结果进行对比,验证了该方法的可行性;并采用不同材料阻尼比对该混合结构有限元模型进行了弹性时程分析,对该方法的有效性进行检验,结果表明该方法计算简便,效率高。最后采用该方法和模态应变能法研究了竖向混合结构各子结构自特性对整体阻尼比的影响情况。

一种识别结构模态阻尼比的方法

提出一种由结构自由振动响应识别结构模态阻尼比的方法。根据悬臂梁在脉冲激励下的实测加速度响应记录,探讨了结合经验模态分解(EMD)及时域对数衰减率法的结构模态阻尼比的识别方法。将实测记录EMD后,得到一系列的固有模态函数(IMF),再用时域对数衰减率法识别各阶阻尼比。将结果分别与用半功率带宽法以及频率细化法得到的各阶阻尼比进行比较,结果表明了方法的有效性和实用性。

结构动力有限元的模态阻尼比单元阻尼建模法

针对工程结构动力学建模过程中几种已有的阻尼模型的不足,提出了一种基于模态阻尼比的单元阻尼建模法,以实现对具有分布式阻尼特性的复杂工程结构的精准动力建模,并提出了一种统一的阻尼模型的定量评价方法和评价指标。通过标准测试案例的数值测试,比较了这些阻尼建模法的性能差异。结果表明,阻尼特性单元化比总体考虑的阻尼特性更趋合理,而单元化阻尼比法则在控制结构总体模态阻尼比方面具有优势,适用于非经典和复杂阻尼情形。

土-结构相互作用体系合成模态阻尼比的振动台模型试验研究

本文籍振动台模型试验,研究了SSI体系的合成模态阻尼比问题。文中首先阐明了在SSI体系直接动力分析中应采用合成模态阻尼比的观点,研究了合成模态阻尼比的实测确定方法。并在不同工况下,通过对模型不同部位测点的传递函数、基本频率、基本合成模态阻尼比等实测数据考察,验证了SSI体系合成模态的存在性、合成模态阻尼比与相同应变下不考虑相互作用的单纯地基土体或刚性地基结构阻尼比的差异性及其在递增动力作用下的变化规律。

基于复合模态阻尼比的阻尼板渐进法减振优化

研究阻尼板黏弹减振优化方法,为阻尼板设计奠定一定基础.建立了阻尼板运动方程及其求解模型,推导出模态阻尼比敏度算式;构建了以多模态复合模态阻尼比最大、黏弹材料用量及频率变动最小为约束的阻尼板优化模型,采用拓扑渐进法求解优化模型;引入绕单元敏度均化技术解决优化迭代中的棋盘格问题;在引入虚拟单元及逻辑删除技术基础上,编程实现了渐进优化算法;对任意四边形板进行了优化仿真,实现了该板复合阻尼比最大化设计;引入阻尼比体积密度评析拓扑优化效能.研究表明,在阻尼板设计时若实现其多模态阻尼比最大化,则能使板获得良好减振效果.

基于自然激励技术和FT时移特性的模态阻尼比识别方法

基于环境激励下结构动力响应信号分析与处理识别结构的模态参数,是结构健康监测和损伤诊断的一个重要环节,目前为止,要得到较为可靠的识别结果仍有一定困难,尤其是模态阻尼比。基于自然激励技术和傅里叶变换的时移特性,提出了一种新的结构模态阻尼比估算方法,通过理论推导和仿真算例验证了该方法的可行性,进而利用一刚构-连续组合梁桥在环境激励下的动力测试数据,通过该方法对其阻尼比进行了识别,并将识别结果与数据驱动随机子空间法的识别结果进行了对比。结果表明:提出的方法可以减轻噪声影响,得到可接受的识别结果,可为大型工程结构阻尼比的识别提供一个方便和有效的途径。

附加粘弹性阻尼器结构模态阻尼比的计算

对模态应变能法进行了分析，研究了应用模态应变能法设计附加粘弹性阻尼器结构模态阻尼比的有限元方法和步骤，并在通用结构分析程序填加了相应的程序段，举例分析了附加粘弹性阻尼器在结构中位置的不同对各模态附加阻尼的影响。

弹性半空间场地辐射阻尼影响下结构模态阻尼比实时耦联动力试验

为进行弹性半空间场地下结构动力特性的试验研究,提出以Fourier谱幅值与频率成反比、带通的平稳随机荷载作为实时耦联动力试验的激励;建立了综合运用经验小波变换(EWT)、随机减量法(RDT)和Hilbert变换进行实测结果的模态参数识别技术;土-结构相互作用体系中土体采用数值子结构模拟,地上结构采用物理子结构。对钢结构模型采用三种不同配重分别进行刚性基础和土-结构相互作用的模态参数识别试验,结果表明,所提平稳荷载激励下的实时耦联动力试验具有良好的稳定性;试验数据经EWT和RDT可得标准的自由振动信号,较好识别了体系的动力特性。因此,所提的试验和参数识别方法合理。刚性基础下框架结构的各阶模态阻尼比基本相同,且与结构的自振频率无关;在弹性半空间辐射阻尼的影响下,结构模态阻尼比远大于刚性基础下的阻尼比,且与结构的自振频率相关。

飞机典型金属材料振动疲劳历程中模态阻尼比获取方法研究

结构模态阻尼比是影响振动疲劳特性的主要因素，获取模态阻尼比对于结构振动疲劳的分析和仿真计算有重要作用，对于揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理有直接意义。本文选取典型航空金属材料2024-O铝合金，进行了大量的元件级振动疲劳试验及仿真分析计算，并提出了一种基于有限元分析计算的振动疲劳历程中结构模态阻尼比的获取方法，适合于元件级结构振动疲劳过程中模态阻尼比变化规律的获取。研究结果表明：本文方法可以在不中断振动疲劳试验的情况下，得到较精确的振动疲劳历程中的模态阻尼比，从而为进一步揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理提供了良好的基础。

基于有限元动力学模型的模态阻尼比获取方法

结构模态阻尼比是影响振动疲劳特性的主要因素，获取模态阻尼比有利于金属材料振动疲劳损伤形成机理的归纳总结。本文选取常用航空金属材料，进行了大量的元件级振动疲劳试验及仿真分析计算，并提出了一种基于有限元分析计算的振动疲劳历程中结构模态阻尼比的获取方法。研究结果表明：本文方法可以在不中断振动疲劳试验的情况下，得到较精确的振动疲劳历程中的模态阻尼比，为进一步归纳总结金属材料振动疲劳损伤形成机理奠定了基础。

脉冲激励下船舶结构谐振响应预报及其模态阻尼参数识别

从模态识别基本原理出发,对脉冲激励下的时-频域响应、谐振激励下的时域响应的表达式进行推导,找到了其时-频域下的幅值关系,认为一定条件下谐振响应中伴随自由振动成分短时间内难以衰减,指出谐振激励力幅值与脉冲力幅值相等时,脉冲响应频谱对应频率下的幅频与谐振下的强迫振动幅值相等。在建立响应等价关系的基础上,推导了仅通过脉冲响应频谱上有限个谱线信息所确定的某阶模态阻尼比的计算公式。利用船体梁模型验证了响应预报及阻尼比估算的准确性。完成了2块不同材料典型船体板单元模型的前8阶模态阻尼比测试,通过数值计算结合试验响应频谱验证了方法的快速性、可靠性。

数值计算结合试验测定模态阻尼法

任一种分布的激励必将引起多个模态的响应,试验中要激出单一模态振动是很难的,传统阻尼比估算方法所采用的信号处理手段不能有效分离叠加模态,以致测试阻尼比往往误差较大。从多自由度叠加法动响应分析入手,指出模态混叠现象是制约精确阻尼比测试的重要因素,在阻尼较大、刚度较低时模态更密集、叠加效应更显著,提出通过数值计算进行模态截断以实现"纯模态"提取的方案,推导了共振激励下试验与数值仿真结果中频响峰值谱线表达式,找出二者间的关系,用纯模态计算结果修正测试阻尼比。通过对4块不同板单元进行前8阶试验模态分析与数值计算参数修正,结合频响函数验证了修正阻尼比的数据可靠性,得出了不同结构、材料间阻尼比差异的部分规律。结果表明,模型试验对复合材料板的阻尼比识别准确性要低于钢板,其阻尼性能往往被低估且修正幅度较大,该方法为模态参数识别的进一步研究提供了思路。

储能飞轮支承系统进动模态阻尼研究

高速运转的储能飞轮支承系统存在多个低频进动模态 ,这些模态的衰减指数对飞轮的安全运转具有决定意义。为提高模态阻尼 ,设计了引入外部阻尼的上、下阻尼器 ,具有恰当参数的阻尼器可以有效地改善飞轮转子支承系统的稳定性。本文求解飞轮转子支承系统的复特征值问题 ,分析了模态频率和模态阻尼比随转速的变化规律 ,对比了上、下阻尼器的功能 ,并讨论了下阻尼器刚度。

基于PolyMAX模态分析法研究闭孔泡沫铝的阻尼特性

采用Image-Pro Plus软件表征闭孔泡沫铝的孔结构,在此基础上采用PolyMAX模态分析法研究了闭孔泡沫铝的模态阻尼比与孔隙率、平均孔径和固有频率之间的关系,并通过模态置信度矩阵验证各阶试验模态的独立性。结果表明:各阶模态之间具有较高的独立性,泡沫铝的阻尼比随孔隙率的提高以及平均孔径的降低而呈增加的趋势,且各阶固有频率随孔隙率的增加而降低。

磁悬浮阻尼器参数对系统弯曲模态阻尼的影响

在一般磁悬浮轴承转子系统上安装磁悬浮阻尼器,组成磁悬浮轴承与磁悬浮阻尼器组合支承转子系统。通过理论计算及试验模态分析,研究了磁悬浮阻尼器参数对系统弯曲模态阻尼比的影响。结果表明,随着磁悬浮阻尼器等效支承阻尼的增加,系统第1,2阶弯曲模态的阻尼比显著增加,有利于系统越过前2阶弯曲临界转速。

变频激励响应分析及模态阻尼反演理论研究

实际工程结构中阻尼参数的获取往往依据规范经验或传统试验测试方法,然而经验取值普适性弱,传统测试方法中模态混叠难以有效分离、测点布置复杂以及某些情况下激励时序信号不易测量等问题,均给阻尼参数识别带来了困难。文章从多自由度模态叠加法动响应分析入手,提出了运用共振频率及其邻近频率激励响应反演系统模态阻尼的方法,推导了响应与阻尼比的理论关系,给出了“复合比例因子”的概念,并指出忽视系统共振响应与最大响应间的差异,往往会造成某些计算结果的大幅偏差。以某船船体梁数值计算为例,结合规范验证了阻尼反演理论及其公式的可靠性,并进一步对其进行了二维推广,完成了3块不同型式复合材料局部船体板单元结构模型的阻尼比测试,就其阻尼性能与钢材进行对比,发现复合材料在减振降噪方面有诱人的应用前景。该理论为潜艇总振动阻尼估算方法以及分布式阻尼研究提供了技术支撑。

结构模态阻尼时间域识别技术与应用研究

多自由度系统动力分析时,结构阻尼模型选取及其参数取值,直接关系到结构动力响应分析的可靠性与精度。本文以结构振型叠加原理为基础,通过辨析结构阻尼与结构模态阻尼的力学内涵,明确指出结构动态试验数据分析只可能识别出结构的模态阻尼比,并非结构阻尼比。同时,为识别出多自由度系统的结构模态阻尼比,利用结构时域响应信号,结合数值滤波技术,快捷有效地实现了结构模态阻尼比的时间域识别;其力学概念清晰、高效便捷,易于实施,并以一等截面均质悬臂梁结构为研究对象,验证了该方法的可行性。进而综合考虑结构多阶模态的信息,将所获取的结构固有频率与模态阻尼比运用于Rayleigh阻尼模型参数α与β的识别之中,一定程度上改进了Rayleigh阻尼模型的精度。

分析数值计算结合试验测定模态阻尼法

模态阻尼是结构系统达到每一阶模态振型时所表现出来的一种系统阻尼,从实际应用情况来看,模态阻尼研究结构系统动力学特性的一个重要参数。为此,文章在阐述模态阻尼概念的基础上,就模态阻尼法的数值计算和试验测定问题进行探究。