Accuracy of the half-power bandwidth method with a third-order correction for estimating damping in multi-DOF systems

A third-order correction was recently suggested to improve the accuracy of the half-power bandwidth method in estimating the damping of single DOF systems.This paper analyzes the accuracy of the half-power bandwidth method with the third-order correction in damping estimation for multi-DOF linear systems.Damping ratios in a two-DOF linear system are estimated using its displacement and acceleration frequency response curves,respectively.A wide range of important parameters that characterize the shape of these response curves are taken into account.Results show that the third-order correction may greatly improve the accuracy of the half-power bandwidth method in estimating damping in a two-DOF system.In spite of this,the half-power bandwidth method may significantly overestimate the damping ratios of two-DOF systems in some cases.

基于工作模态分析的车辆车体刚体模态识别研究

模态是表征结构固有特性的重要参数,结构模态参数的准确获取对校准模态数值计算模型以及后续结构动力修改具有重要参考意义。试验模态分析是获得大型复杂结构模态特征的重要手段。按照激励方式的不同实验模态分析可分为力锤激励和激振器激励,对于轨道车辆整车模态测试,常规的激励手段往往因其激励能量不足而难以获取车辆的刚体模态特性。因此本文以楔块组合法作为激励输入,结合工作模态分析技术(OMA)对某城轨车辆进行刚体模态参数识别,其相关试验方法及结果可为轨道车辆刚体模态参数的获取提供参考。

GH4169材料小阻尼精确测试方法研究

针对高温合金材料小阻尼的精确测试问题,设计了基于非接触测试的试验方案,通过激光测振获取悬臂梁的自由衰减时域响应,采用控制力矩的方式消除固支端可能引入的摩擦阻尼。首先,在时域对自由衰减响应信号进行带通滤波,采用自由衰减法计算悬臂梁的前3阶阻尼比;其次,在频域根据采样率和采样时长做快速傅里叶变换(fast Fourier transform,简称FFT)全景谱,分别对频谱曲线第1、第2和第3阶峰值±5 Hz频率范围采用线性调频Z变换方法(chirp Z transform,简称CZT)进行频谱细化,获得该频带范围内极高分辨率的共振峰频谱;最后,利用半功率带宽法获得材料的阻尼比。结果表明:基于带通滤波的自由衰减法可以从时域衰减曲线获得GH4169悬臂梁的前3阶模态阻尼比,基于CZT变换的频域阻尼识别方法在不增加采样分辨率和数据样本点的情况下,可以识别阻尼比为10-5量级的高温合金的材料阻尼。本测试分析方法可以为整体式涡轮颤振和受迫响应计算提供精确的材料阻尼数据。

基于半功率带宽法的改进模态分析法

现有模态分析法仅根据模态阻抗的幅值大小判断谐波谐振程度,可能导致错误的分析结论。针对此局限性,提出一种改进模态分析法,引入半功率带宽法对模态分析结果进行进一步求解和改进。首先,介绍模态分析法概念;然后,基于半功率带宽法对谐振进行分析,并提出改进模态分析法,引入性能指标对谐波谐振程度进行判定;接着,对多并网逆变器进行建模,构建系统节点导纳矩阵;最后,通过理论分析和仿真验证,在MATLAB/Simulink中搭建仿真系统,验证现有模态分析法的局限性和本文方法的有效性。结果表明,谐波谐振程度同时受到模态阻抗幅值和阻尼比的影响,通过提出的改进模态分析法可实现系统谐波谐振程度的评估。

不同激励模式下桥梁实测阻尼比差异

收集和分析了国内外学者对结构物阻尼比的实测结果,指出了当前桥梁阻尼比研究成果的局限性。为了弥补当前桥梁阻尼比实测结果匮乏的局限,针对三座典型桥梁进行了阻尼比测试,分析了影响桥梁阻尼比的主要因素。该研究发现:桥梁的阻尼比不是定值,它与桥梁的类型、测试时的激励方式、阻尼比的处理方法、测试环境等有较大的相关性。激励强度越大,测试的阻尼比数值越大。车辆激励作用下的阻尼比数值明显大于环境激励下的阻尼比数值。相同激励模式下,不同的阻尼比处理方法所计算的阻尼比数值差距较大。半功率带宽法计算的阻尼比数值的离散性要大于利用自由衰减法计算的阻尼比。建议桥梁结构阻尼比的测试中需要保证激励的一致性,避免在采样过程中出现激励程度差距较大的激励模式。

转子系统模态阻尼测定的相位匹配法

模态阻尼是转子系统达到每一阶模态振型时所表现出来的一种系统阻尼,是研究转子系统动力学特性的一个重要参数。在分析模态阻尼传统测量法——半功率法缺点的基础上,提出了一种新的模态阻尼测量方法——相位匹配法。相位匹配法的原理是:建立目标函数,利用数值计算,对试验获得的相位随转速变化的数据进行最小距离估计,从而确定出转子振动系统的阻尼系数。在转子试验器上进行了试验研究,测得了系统的模态阻尼系数,其大小与半功率法测量结果接近。理论分析和试验结果表明,相对于半功率法,相位匹配法具有安全性高、稳定性强的优点。

桥梁工作模态分析中阻尼比识别的离散性研究

准确识别阻尼比一直是桥梁结构模态参数识别的难题。为研究工作模态分析中识别的阻尼比离散性问题,总结了现有的代表性的频域、时域和时频分析的阻尼比识别方法,指出了各种方法导致识别结果不准确的原因。以一个预应力混凝土连续梁桥的工作模态分析为例,分析了阻尼比识别的结果,研究了减小识别的阻尼比离散性的方法。结果表明:相对频率而言,阻尼比识别结果离散程度较高;在混合自由振动响应的情况下,通过增加采样时间,能改善阻尼比识别离散较大的问题,提高识别精度;利用振动水平较低的随机振动响应识别的阻尼比离散性较小。

铝合金板式节点网壳阻尼特性试验研究

为研究铝合金板式节点网壳结构阻尼特性,填补现行设计规范对铝合金结构阻尼比取值的空白,对一铝合金板式节点网壳的阻尼比进行了实测。采用锤击法对结构施加动力激励,由拾振器记录结构各点的加速度响应。通过FFT变换得出节点加速度响应频谱,采用半功率带宽法估算结构阻尼比。通过改变锤击力度、拾振器位置、敲击点位置,设计了57种工况,并测出一系列阻尼值;对所得数据进行统计分析,得出铝合金板式节点网壳阻尼比平均值,并建议此类结构阻尼比取为3.3%。运用该阻尼参数建立有限元模型,分析结构动力响应,结果表明:节点加速度响应实测曲线与有限元模型计算得到的响应曲线的峰值、周期和振动衰减规律均吻合较好,证明所测得阻尼值可为铝合金板式节点网壳的动力分析与工程设计提供依据。

Hilbert-Huang变换在密频结构阻尼识别中的应用

Hilbert Huang变换是一种新的数据处理方法,由经验模分解(EmpiricalModeDecomposition)技术及Hilbert变换两部分组成。本文研究此方法对于密频结构阻尼识别的应用。首先对于两自由度系统模型,说明该方法用于阻尼识别的步骤。进而研究存在频率密集现象的高层建筑的阻尼识别问题。上述结果与理论值及由半功率带宽法的识别值进行了比较,对比显示Hilbert Huang方法较传统方法具有良好的识别密频结构阻尼的性能,适用于大型结构的系统识别。

用Matlab研究半功率带宽法

随着科学技术和生产力的不断发展，测试任务日趋复杂与完善，在工程振动中阻尼比的测试分析越来越深入，对阻尼比稳定性和精度要求也越来越高。大多数分析测试是基于半功率带宽法。文章通过用Matlab对半功率带宽法的结果进行分析，对半功率带宽法的特点、适用范围及影响因素进行探讨，得出了合理的结论及求精确值的方法。

阻尼材料动态力学参数自动测试系统的设计

针对阻尼材料动态力学参数测试难题,基于正弦扫频半功率带宽法及自由阻尼结构理论,设计了一套具有高性价比的阻尼材料动态力学参数自动测试系统。试验结果表明,该系统能够实现10 Hz～3 kHz频率范围内材料动态力学参数的测量。

阻尼结构减振性能的测试及分析

车身壁板的振动和噪声影响车辆NVH性能,在车身壁板粘贴阻尼衬层能够起到减振降噪的作用。利用强迫共振法测试基板(钢板)、自由阻尼结构(钢板+纯橡胶)、约束阻尼结构(钢板+纯橡胶+约束层)以及多层阻尼结构(钢板+纯橡胶+约束层+纯橡胶)四种阻尼结构试样。分析试样频谱图共振曲线得到如下结论:钢板附上衬层后的共振频率均要比原钢板试样的共振频率小;自由阻尼结构、约束阻尼结构、多层阻尼结构相对于基板的减振百分比分别为64.19%、71.77%、73.66%,减振效果依次增强;钢板、自由阻尼结构、约束阻尼结构、多层阻尼结构的阻尼因子分别为0.008、0.019、0.030、0.032,阻尼因子越大,阻尼性能越好,减振性能越强。并且从微观力学角度,对自由阻尼结构、约束阻尼结构、多层阻尼结构的减振机理进行了分析。

悬臂薄板结构阻尼特性几种测试方法的比较

在振动和噪声控制中,阻尼的测试有着重要的工程及学术意义.在明确阻尼辨识原理的基础上,以悬臂薄板结构为研究对象,搭建了锤击、振动台、压电陶瓷激励三种测试系统,分别采用半功率带宽法和时域自由振动衰减法进行了阻尼测试.并从重复性、测试精度、测试阻尼的频率范围和测试效率等方面,将各种阻尼测试结果进行了比较.最终认为,宜采用振动台扫频激励的方式和半功率带宽法对所研究的薄板进行阻尼测试和辨识.可为悬臂薄板结构后续的响应预估和阻尼优化设计提供重要的参考.

基于脉冲激励响应的风力机叶片结构阻尼计算

针对大型风力机叶片气弹振动问题,提出一种基于脉冲响应的大型风力机柔性叶片结构阻尼有效分析方法.采用一种5自由度的超级单元,将柔性叶片离散成由若干超级单元构成的多体系统,基于计算多体系统动力学中的R-W方法建立了叶片的动力响应模型.以美国可再生能源实验室(NREL)发布的5 MW近海风力机叶片为研究对象,通过分析叶片在脉冲激励下的动力学响应得到其传递函数,由半功率带宽法计算叶片在静止和运转工况下的挥舞与摆振结构阻尼,从而为确定叶片气弹稳定性的边界提供依据.该研究对于指导叶片结构与气动外形设计、帮助确定其气弹稳定性边界具有重要意义.

基于贝叶斯理论及MCMC-MH算法推演地基土材料阻尼比的概率分布模型

浅层土壤的材料阻尼比参数分布可以通过多通道表面波(MASW)分析法提取的表面波衰减曲线来反演识别,但是衰减曲线对于较大深度和小空间尺度土壤性质的变化不敏感,反演的土壤材料阻尼比分布是非唯一的和不确定的。基于该研究建立了土体材料阻尼比随深度变化的先验概率分布模型,利用Nataf变换和Karhunen-Loeve将其分解为标准高斯变量与特征值及特征向量的乘积和;随后依据贝叶斯理论,以TLM-PML模型结合频率波数域-半功率带宽法对衰减曲线进行正演,并与试验数据联合构建似然函数,使用蒙特卡洛马尔科夫链(MCMC)-Metropolis(MH)算法得到土体材料阻尼比的后验概率分布模型;对马尔科夫链的收敛性和独立性进行检验获得了多组相互独立的后验样本数据;用独立的后验样本计算出自由场振动响应,利用核密度估计得到具有一定置信度的置信区间,并与试验数据进行比较,验证了该研究提出的土体阻尼比非确定性概率模型的合理性和可靠性。

通过曲线拟合计算损耗因子

损耗因子是进行振动计算分析时必须输入的关键参数之一,直接影响振动计算和分析结果的准确性和可靠性。而传统的半功率带宽法和衰减法由于各自的局限性而无法得到理想的结果。该文将曲线拟合应用于时域衰减法测量损耗因子的数据处理中,通过理论分析、信号预处理、曲线拟合,准确地计算出激励频率下试件的损耗因子。通过与传统方法计算结果的比较,证明该方法在损耗因子小于0.01的小阻尼情况下具有精度更高、稳定性更好以及抗干扰能力更强的优点,可应用于损耗因子的衰减法测量中。

敷设粘弹性层舱室的振动特性仿真分析与试验

轮船舱室的减振设计需要对舱室的固有振动特性和响应进行分析。基于Ansys Workbench对舱室进行模态分析,利用壳单元对舱室进行建模,获得其前20阶的固有频率、振型,并对仿真结果和试验结果进行对比。利用半功率带宽法测出舱室阻尼比,在模态分析基础上对舱室进行谐响应分析,得到位移和频率响应曲线。考虑粘弹性材料频变特性,对敷设粘弹性层舱室进行谐响应分析。研究结果表明,舱室的模态仿真结果和试验测试的结果吻合良好,误差均在6%以内,试验验证了模型和计算方法的正确性。舱室的位移幅值在28 Hz时振幅最大,即模态阶数的第2阶为舱室易发生共振时的频率,从而为舱室的设计和优化提供了有效参考。敷设粘弹性层后舱室振动响应降低了19.6%,验证了该粘弹性阻尼材料能够有效抑制在基础激励下的振动响应。

阻尼比求解的半功率带宽法和时域衰减法对比研究

准确测量阻尼比对振动控制具有重要意义,半功率带宽法和时域衰减法是最常用的阻尼比求解方法。基于锤击试验对2种阻尼比求解方法进行比较,分析各自的特点,结果表明:时域衰减法具有较高精确度;分辨率越高,二者的计算精度越高,结果也越一致;半功率带宽法的计算精度与共振峰位置有关,共振频率较低时,误差较大。研究结果为工程应用提供有效参考。

基于复调制ZOOM-FFT算法下阻尼比识别的研究

利用半功率带宽法识别系统的阻尼比是一种简单、常用的方法,但精度受到作图准确性及人员判读的经验所制约,严重时甚至不能准确拾取出半功率点。该文提出识别阻尼比的一种方法:细化-半功率带宽法,采用FFT变换对全谱进行识别,确定谱峰,利用复调制ZOOM-FFT算法对感兴趣谱峰处进行局部细化,最后结合半功率带宽法可有效提高阻尼比的识别精度。

内积模极值方法在曲轴阻尼识别中的运用

传统的半功率带宽法在识别曲轴阻尼时误差较大。运用内积的相关性诊断特性识别曲轴阻尼,首先运用频谱细化方法FFT-FT求出固有频率,然后用求出的固有频率构造函数,并将构造的函数与响应信号做内积运算,最后通过优化搜索求内积模的极值,得到相应的衰减系数,即求得阻尼比。将该方法用于识别曲轴阻尼的实验中,识别结果准确。