考虑频响函数混叠误差的阻尼比识别效果研究

通过实测频响函数识别阻尼比时,识别准确性受到频谱混叠现象的影响,因此建立了考虑频响函数混叠误差的阻尼比识别有效性判断方法.首先,根据傅里叶变换原理进行理论推导,证明了采样频率不足时频响函数会发生混叠现象;然后,根据频响函数混叠原理和模态叠加原理,建立了多自由度结构的基准频响混叠误差拟合公式,进而给出考虑频响函数混叠误差的阻尼比识别结果有效性判断的步骤.通过对两自由度理论频响函数模型设置不同的等效柔度比和固有频率比,表明其对两阶模态计算频响混叠误差有显著影响;通过对比四层框架结构基准模型的响应在设置不同采样频率时对阻尼比的识别结果,验证了所提方法的可行性.

基于频域分解法正交模态分离的阻尼比识别研究

频域分解法是一种频域模态参数识别方法,因其操作简单、抗噪声能力强而被广泛使用。虽然频域分解法对于振型和固有频率有着较高的识别精度,但是对于阻尼比的识别精度不够高,其原因是在多自由度结构下,求解阻尼比需要将固有频率窄带范围内的最大奇异值数据傅里叶逆变换到时域,并通过对数衰减法求解阻尼比,而窄带范围的数据很可能会受到其他阶模态的干扰,进而影响阻尼比的识别。因此提出了正交模态分离频域分解法识别结构的阻尼比。首先,通过结构响应计算出结构的输出功率谱矩阵,并使用频域分解法识别结构各阶固有频率和振型;然后,将识别出的固有频率和振型代入计算公式,使用振型正交等方法将各阶模态分离,并计算出各阶模态的增强输出功率谱函数,通过增强功率谱在频域计算出结构各阶的阻尼比;最后,在数值算例中对比了频域分解法以及正交模态分离频域分解法的阻尼比识别结果,并将理论应用于实桥的测试中,计算出该桥梁的前4阶阻尼比。结果表明:该方法可以将多阶输出功率谱矩阵分离成多个单阶的增强输出功率谱函数,并且通过分析增强输出功率谱函数的曲线直接在频域计算出结构的阻尼比,避免了在阻尼比识别中不同模态的相互干扰以及频时域转化带来的影响,提高了阻尼比的识别精度。

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。

大型风机叶片模态参数识别的试验研究

为了正确识别大型风机叶片的模态参数,首先将风机叶片的衰减振动等效为自由悬臂梁振动,推导出阻尼比识别关系式。然后,构建一个大型风机叶片模态参数识别试验平台,采用快速脱钩装置实现大载荷力的快速释放,完成对aeroblade3.6-56.4风机叶片的自由衰减试验。根据阻尼比识别关系式,得到不同初始振幅下的阻尼比变化规律。同时对叶片某面的加速度信号进行傅里叶变换,得到其低阶固有频率。

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。