CALCULATING RESPONSE SPECTRAL MOMENTS BY COMPLEX MODAL ANALYSIS

Response spectral moments are useful for system reliability analysis.Usually,spectral mo- ments are calculated by the frequency domain method.Based on the time domain modal analysis of random vibrations,the authors present a new method for calculating response spectral moments through response correlation functions.The method can be applied to both classical and non-classical damping cases and to three kinds of random excitations,i.e.,white noise,band-limited white noise, and filtered white noise.

融合多工况功率谱密度函数的工作模态分析方法

频域分解(frequency domain decomposition,FDD)方法是开展环境激励下结构工作模态分析(operational modal analysis,OMA)的常用方法。但是,现有的FDD方法存在一些不足:①无法剔除非白激励及谐波激励引起的虚假模态;②无法区分结构密集模态与不相关非白激励产生的虚假模态。通过研究发现功率谱密度(power spectral density,PSD)矩阵的秩是FDD方法性能的决定性因素。在此基础上,提出一种新的工作模态识别OMA方法,该方法结合了不同激励工况下的响应PSD函数矩阵,并分别对单个激励工况下的响应PSD矩阵与多工况下的增广响应PSD矩阵进行奇异值分解,通过对比单工况PSD矩阵与增广PSD矩阵在奇异值峰值处秩的变化,识别出包括密集模态在内的结构模态参数,并消除由非白激励产生的虚假模态。采用桁架结构仿真算例和广州塔的工程数据集验证所提方法的有效性。

基于响应谱传递比估计误差的结构模态参数识别精度分析

为了研究响应谱估计误差及其传递对振动响应功率谱密度传递比(Power Spectrum Density Transmissibility,PSDT)估计的影响,基于摄动理论和统计矩定义,推导了两个变量比例函数的均值和方差近似表达式;将响应谱估计统计矩代入,可以推导出由响应相干函数、谱估计中信号平均分段数,近似表征的PSDT估计幅值的均值和方差解析公式.基于此,揭示了共振频率处PSDT估计幅值误差规律,并实现了模态振型幅值的精度度量.研究发现,共振频率处PSDT幅值方差存在极小值,且变异系数小于相关响应谱.通过数值框架数据验证了文中误差公式的准确性.此外,还研究了参考响应的选择、响应时长、窗函数类型对PSDT和模态振型估计的影响.结果表明,以PSDT两组响应作为参考响应,能得到较好PSDT和模态分析结果;同时模态振型估计标准差随测试数据时长的增加,也随之降低至一定水平.

考虑柔性车体的双层集装箱平车动力学性能研究

随着双层集装箱平车车体轻量化要求的进一步提高,车体振动模态频率较传统平车有所降低,这对车辆系统动力学性能带来了一定影响。为了评估车体振动模态对车辆系统动力学性能的影响,文章以32.5t轴重的凹底双层集装箱平车为研究对象,采用NUCARS软件建立了刚-柔耦合动力学仿真模型,按照AAR标准中的蛇行稳定性、圆曲线性能、缓和曲线性能、扭转和侧滚、点头和浮沉以及动态曲线性能等动力学工况的计算要求,在考虑柔性和纯刚体2种车体条件下进行了计算对比分析,为双层集装箱平车动力学性能计算分析提供了参考。

尤尔-尼尔森光谱纽介堡模型中修正指数的研究

尤尔-尼尔森光谱纽介堡公式中修正系数的确定一直是个难题。选用了纸张的光谱反射率的倒数作为修正系数,使计算的有效网点面积率与实际的网点面积率之间的误差减小。结果表明,修正后的尤尔-尼尔森光谱公式可用于有效网点面积率的计算,研究结果对于印刷色彩检测具有重要意义。

一种基于互功率谱密度的频域模态识别法

对各测点响应的互功率谱密度函数进行了详细推导 ,提出了一种基于互功率谱密度的频域多参点辨识法 ,这意味着许多原本利用频响函数的传统频域识别法可以很容易地用于工作状态下的模态识别 ,大大开阔了未知激励下模态识别的视野。然后采用一飞机模型对该方法进行了试验验证 ,结果表明 ,本文所提出的方法确实可行。

香港汲水门大桥的模态识别

汲水门大桥是一座主跨430 米、双塔平行双索面、公铁两用双层斜拉桥,横跨香港马湾岛和大屿山岛之间的汲水门水道。在通车之前对该桥进行了实桥环境随机振动试验研究,以获得对桥梁抗震、抗风、健康监测、故障诊断等非常重要的结构固有模态(包括固有频率、振型及对应的阻尼比)。对主梁上的11 个测站(33 个测点)和两桥塔上的4 个测站(16 个测点)分4 组进行了环境随机振动信息的记录,并利用自编的模态识别程序EDPFDM 对所记录的信号进行了处理。在0～6Hz 范围内共识别出主梁竖向弯曲振动为主的模态10 阶,主梁横向弯曲振动为主的模态4 阶,主梁扭转振动为主的模态6 阶。经比较,固有频率和振型的试验结果与MSC-NAS-TRAN 程序的分析结果十分接近。

随机扰动下的电力系统强迫振荡分析

为了研究随机扰动下电力系统强迫振荡的特点,基于同步机机械功率上随机扰动的功率谱密度模型,为多机系统建立了模态叠加形式的频率响应模型.由功率谱密度分析方法得到了同步机功角的功率谱密度表达式,进而分析了随机扰动下系统强迫振荡的4个影响因素.在新英格兰39节点系统上比较了不同随机扰动的激励下同步机功角的随机振荡情况.结果表明,当随机扰动功率谱密度的峰值频率和系统固有频率一致时,发生随机意义上的共振现象.发生随机共振时,同样强度的随机扰动,谱密度峰度越大系统振荡越剧烈,而随机扰动的峰值频率在固有频率附近、扰动谱密度峰度较小时更容易激起系统强迫振荡.

某轻型客车地板振动发麻的试验及控制

针对某轻型客车高速时中部和后部地板振动脚感发麻的问题,首先,对车架和车身地板进行模态摸底测试和实车道路试验测试;其次,采用阶次跟踪法和频谱分析法分析出传动轴1阶扭转振动是地板振动的主要激励源,并利用模态分析法发现地板的第8阶局部模态频率与传动轴的1阶频率相接近,地板的局部共振是其振动发麻的主因;然后,从激励传递路径和优化地板模态分布两方面着手进行改进,利用虚拟样机技术优化传动轴橡胶支承的刚度,以最大幅度地减少传动轴振动向车内的传递,并采用有限元技术优化了地板的模态分布,使之避开了发动机和传动轴的工作频率范围;最后,通过样车试验验证了改进措施的有效性,解决了地板振动发麻的问题。

基于Jacobi-Davidson算法的大规模模态分析并行计算研究

对Jacobi-Davidson(J-D)算法进行了改进和并行计算研究。通过添加谱变换、收缩和重启动等策略将J-D算法改造成了适应大规模模态分析的算法。利用改进后的算法和各种数值求解软件包,建立了一套基于PANDA框架的模态分析并行求解体系。基于该求解体系和并行机群,开展了某工程结构大规模模态分析并行可扩展性研究,测试规模从数十万自由度一直达到千万自由度,并行CPU核数达到128个;研究了改进后的J-D算法内层迭代步数、重启动向量个数等控制参数对外层迭代收敛速度的影响;获取了不同规模并行计算的加速比。研究结果表明,改进后的J-D算法完全适应千万自由度规模以上的模态分析,内存占用与规模之间呈线性增长趋势,在1 025万自由度规模模态分析仅占用39.4 GB内存;同时该算法具有优异的并行可扩展性,在128个CPU测试核内接近线性加速,并且测试规模越大,曲线越接近理想加速曲线,1 025万自由度规模在128核的并行效率达到88.1%。

基于相位相关的温室番茄植株多模态三维重建方法

为实现温室番茄植株多模态三维重建,解决多光谱反射率配准和多视角点云三维重建问题,基于相位相关原理将多光谱反射率配准至RGB-D图像坐标系中,建立了基于Kinect传感器测量位姿自主标定的多视角RGB-D图像三维重建方法,实现植株RGB三维点云模型和多光谱反射率点云模型重建,通过归一化灰度相似系数、配准区域光谱重叠率、互信息值3个指标客观评价二维多光谱图像配准质量,采用豪斯多夫距离客观评价植株三维点云重建精度。结果表明:30株温室番茄,每株4个重建视角,视角间隔为90°,配准区域光谱重叠率和归一化灰度相似系数的平均值分别为0.9206和0.9085,异源图像配准后互信息值比配准前互信息值平均提升了9.81%,植株冠层多光谱图像能够准确配准至深度坐标系,番茄植株三维重建点云距离集小于0.6cm的比例为78.39%,小于1.0cm的比例为91.13%,番茄距离集均值的平均值为0.37cm,表明植株三维点云模型重建精度较高,能够应用于温室番茄植株多模态三维重建。植株多模态三维模型是实现三维形态测量与生理诊断的关键要素,为高通量植株表型测量提供高效精准的测量方法,对植物表型组学等研究领域的发展具有重要的意义。

计算响应谱矩的复模态方法

响应谱矩对于系统的特性预测来说是十分有用的信息.通常,谱矩都是用频域法来计算的.在现有的文献中,有关的分析结果或只涉及到经典阻尼情形,或只对白噪声激励情形进行了讨论;对于限带白噪声激励情形都没有讨论过.本文通过时域模态分析,提出了一种计算响应谱矩的新方法.这种方法既能用于经典阻尼情形,也能用于非经典阻尼情形;并适用于三种典型随机激励,即白噪声、限带白噪声和滤过白噪声激励.

钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的反应谱设计方法

钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构是由主框架、次框架和减振装置组成的 ,是一种新型的非经典阻尼减振结构系统。研究了钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的近似振型分解反应谱设计方法 ,给出了等效振型阻尼比的计算公式 ;通过算例分析 ,研究了近似振型分解法的计算精度 ;

海洋平台损伤诊断研究

结合动力学和有限元方面的知识,以杭州湾跨海大桥海洋平台为背景,分别从固有频率和应变能损伤因子两个方面对损伤进行评估和定位。然后基于平台的工作环境,考虑了波浪力、水流力和阻尼等作用因素,进行了非线性动力响应分析,根据位移和截面应变变化率的变化情况进行损伤诊断。同时从概率论的角度上考虑了随机波浪力荷载,通过对所测波浪力荷载的统计,算出功率谱密度函数,然后计算了此荷载下结构的动力响应,并用应变均方根的变化值来检测结构的损伤和损伤程度,最后为今后大型海洋平台的损伤诊断提出建议和方法。

非接触手成像系统图像采集光源的研究

研究了基于TMS320DM642 DSP芯片的非接触多光谱手识别装置中的光源。在整个识别装置中,光源占有举足轻重的地位,合理准确的光源能够采集到清晰的手部信息图像,并有利于提高用户身份识别的准确率。基于此目的搭建了以恒流源控制芯片、LED为主要器件的多光谱光源控制系统:恒流源芯片要驱动采集手掌掌纹信息的470 nm的可见蓝光LED和采集手掌静脉、掌形信息的850 nm近红外光LED;且可实现一次拍摄并获取高质量的三模态信息(掌纹、手掌静脉及掌形)的图像;并利用Light Tools软件对该光源进行了辅助验证。该设计不但解决了在获取手部三模态信息时需要转换光源的问题,而且还为多模态手部识别奠定了数据基础和实验环境。

基于随机减量的运行模态频域分析方法

以高层建筑、大跨桥梁等难以进行人工激励的大型复杂结构为对象,提出并实现了一种基于随机减量技术和复模态指示因子函数法的新型频域运行状态模态参数识别方法。由随机运行响应估计随机减量函数,然后通过时频域变换得到频域的半功率谱密度函数,并用复模态指示因子函数法从半功率谱密度函数中识别结构模态参数。最后对1个三维空间结构模型进行算法验证,得到相应的各阶模态参数,证明了将随机减量技术和复模态指示因子函数法相结合的方法识别大型结构模态参数的有效性和合理性。

基于Hyperworks的六边形蜂窝板铺层等效建模方法研究

提出了一种蜂窝材料的铺层等效有限元模型构建方法,可快速准确分析蜂窝板材力学特性。基于该模型所计算的模态、静力和冲击谱结果与目前常用有限元建模方法计算结果进行对比,可以得出结论:铺层等效有限元模型不仅与原蜂窝板力学性能有较好的一致性,而且可以极大地提高计算效率。基于该铺层等效有限元模型,将复杂参数与目标量化,建立蜂窝胞元尺寸长度与前五阶模态频率的函数关系,可为结构的优化设计提供依据。

高墩大跨连续刚构桥梁IDA分析结果离散原因

为研究地震动特性对高墩大跨桥梁IDA分析结果离散性的影响,以某一高墩大跨铁路桥梁为工程依托,基于OpenSEES建立其非线性有限元模型;采用"谱兼容"的方法从太平洋地震中心的PEER数据库选择20条地震记录,对该算例桥梁进行IDA分析,研究地震动的峰值、反应谱幅值S_(a.max)和S_a(T_1,5%)等参数对结果离散性的影响。研究结果表明:高墩大跨桥梁的IDA分析结果的离散性是由于桥梁第1阶模态对应的谱加速度S_a(T_1,5%)的离散导致的,二者存在明显的正相关关系,在高墩大跨桥梁增量动力分析选择地震波时严格控制S_a(T_1,5%)的离散性,有利于提高高墩大跨桥梁非线性地震反应分析结果的精确性。

优化奇异谱分解方法在轴承故障诊断中的应用

奇异谱分解在处理强噪声信号时获得的模态分量可能包含期待频段之外的信息,会造成严重的模态混叠现象并影响分析效果,深入研究发现造成上述现象的原因是迭代过程中轨迹矩阵的嵌入维数设定不合理。在大量数据分析的基础上提出了一种优化的奇异谱分解方法(OSSD),以迭代过程中划分的频段及重构分量时特征向量的选择为依据确定新的参数并设定嵌入维数,不仅可以使构造的轨迹矩阵更加合理,还可以使分量的重构更加准确。仿真及试验分析表明,该方法可以有效抑制模态混叠现象,减少分解所得分量在频域上的能量泄漏,准确提取滚动轴承振动信号中的故障特征。

纵槽波纹喇叭的模式算法

纵槽波纹喇叭是一种结构紧凑、加工方便、成本较低、具有良好辐射性能、易于实现双频共用的馈源。给出了一种计算纵槽波纹喇叭辐射性能的方法。运用模式匹配理论计算喇叭的内场、谱域方法计算喇叭的口面反射得出口面场,然后由口面积分法得出其辐射特性。计算结果与测试结果的比较说明该方法是一种概念清晰、简单实用的方法。