五吨叉车模态试验中几个技术问题的理论与实践

本文讨论了五吨叉车模态试验中的几个技术问题.提出了用减压轮胎作支承来进行现场测试的方法,取得较好的边界模拟的效果.还讨论了锤击参数的选择、激励点和响应点的选择等问题.指出了对大型结构件的动态特性试验,锤击法具有特殊的优点,只要掌握试验和数据处理技术,同样能得到较好的结果。     

风力发电机定子振动测试及响应分析

为了解决大型风力发电机组的振动和噪声问题,以某直驱型风力发电机为研究对象,使用加速度传感器对发电机定子在运行状态下的轴向加速度进行了测试。随后利用有限元软件建立等效模型,进行模态分析和响应分析,得到发电机定子的固有频率、振型和共振频率值,并将有限元仿真结果与测试结果进行分析。实测结果表明,在运行过程中,发电机定子在6点钟方向的轴向加速度远大于9点钟方向的轴向加速度,并且轴向加速度在发电机转速为9.5 r/min时达到峰值,模拟结果表明,发电机定子的响应频率为23 Hz,该频率为电机轴向加速度最大值相对应基频的3倍,并且在该频率下,发电机定子6点钟和9点钟方向的位移比值与实测加速度比值接近。该研究可为风力发电机的实际运行、振动测试和仿真模拟提供参考。     

基于频率约束的连续体拓扑优化方法的研究

基于有限元方法,探讨了单元对系统特征频率的敏感度分析方法,得到了对系统特征频率贡献最小单元的敏感度计算公式.建立了以第1阶固有频率为约束,以结构件质量最小为目标函数的优化模型.在算例中通过对结构件进行有限元模态分析和试验模态分析,保证了模型的正确性.在分析的基础上,根据结构设计的要求,采用Optistruct对结构件进行了拓扑优化.通过拓扑优化,在理想状况下,结构件的质量大幅度地减小,获得了满足设计要求的结构件材料的重新分布图.     

环境激励下鹤洞大桥模态参数识别分析与比较

在已建立的鹤洞大桥结构健康监测系统的基础上,同时采用GPS变形监测和加速度振动测试系统,在环境激励下对桥塔和桥主跨段进行位移和加速度响应的同步测试.采用基于总体平均经验模态分解法(EEMD)的改进HHT方法,对GPS系统监测位移进行时频域联合分析,同时对于桥面加速度振动测试数据则采用常规的功率谱峰值法进行频域模态识别.通过2种不同信号采取2种不同模态参数识别方法,进行系统辨识结果对比分析,发现GPS监测位移可以较好地反映主整体结构的低阶振型响应,基于EEMD的改进HHT方法能较好地处理低频非平稳随机信号的干扰及模态混叠现象的发生;相对于常规的功率谱峰值法,本文所采用的改进HHT方法对模态参数辨识结果具有更强的优越性.同时通过2种不同测试信号对于部分阶次模态的系统参数识别结果,与有限元数值分析结果较为相近,验证了上述2种测试结果的正确和可靠性.GPS变形监测系统与加速度动力测试子系统相结合,能较好地识别鹤洞大桥主要模态参数,为大桥的安全有效运作提供坚实依据.     

环境激励下湘潭莲城大桥模态参数识别研究

对环境激励下结构模态参数识别进行了理论分析和试验研究.基于随机振动理论阐述了峰值拾取法的基本原理和方法,并提出了虚拟响应的概念.从湘潭莲城大桥在环境激励下的加速度测试信号中提取高信噪比的虚拟响应信号,根据峰值拾取法对虚拟响应信号进行频域分析,识别了该桥主跨结构的固有频率、阻尼比和振型等模态参数.试验模态参数与理论模态参数基本吻合,验证了识别结果的可靠性.模态置信矩阵表明,结构的线性响应特性明显,竖向振动具有良好的正交特性.     

坐标测量机动力学刚度估计与加速度误差补偿

提出了用于坐标测量机(CMM)加速度误差补偿的气浮导轨的刚度和阻尼的估计方法.利用CMM框架模型建立振动方程,并转化为包含刚度和阻尼参数的惯性系统的频响函数形式.通过试验测试了CMM系统的加速度频率响应,由相应的Bode图而非Levy法估算了CMM气浮导轨的刚度与阻尼,对参数辨识后的CMM系统进行模态分析,从而得到了采用模态叠加法的加速度误差补偿模型.试验表明,用该方法进行的加速度误差补偿,CMM测端处误差预测值与实测倬的相关系数大于0.7,证明了该方法的可靠性.     

基于环境激励的随机子空间法模态试验与仿真分析

以1幢6层钢框架结构为例,分别采用基于环境激励的随机子空间模态识别法(SSI)与频域分解法(FDD)从加速度测试信号中识别其模态参数,识别结果一致.最后选用SSI法对试验的有限元模型进行了仿真分析.研究表明:仿真与测试分析结果吻合较好,具有可靠的精度和一定的适用性.     

基于应变分布响应的模态分析理论与应用

 模态分析技术经过近70年的发展已形成较为完整的独特理论和方法,这与模态测试手段的进步息息相关。由于传感技术的限制,既有的模态分析方法主要是基于加速度或速度测量开展的,重点关注位移、速度及加速度频响函数。过去5年间,本课题组研究和开发了用于重大工程结构的分布式应变传感技术,并以分布式动态应变测量为核心开展了包括模态分析理论、模态测试及工程应用在内的研究工作。本文简要介绍分布式动态应变传感技术的基本特点和系统构成,重点阐述基于应变分布响应的模态分析理论、应变频响函数的测试技术及相应的模态参数识别方法。应变模态分析表明,从时频域上看,应变频响是更类似于位移频响而不同于速度或加速度频响的物理量,因此对低频响应更为敏感;基于位移频响函数和基于应变频响函数提取结构固有频率和阻尼比等价有效;基于位移频响函数和基于应变频响函数提取的特征向量之间的相互关系与位移和应变测量之间的映射关系完全相同,即基于应变频响获得的特征向量是直接的应变模态测量。探讨了应变模态在大柔度结构低频测试、动力模型重构、结构损伤识别3方面工程应用中的优势。     

基于应变分布响应模态分析理论与应用

模态分析技术经过近70年的发展已形成较为完整的独特理论和方法,这与模态测试手段的进步息息相关.由于传感技术的限制,既有的模态分析方法主要是基于加速度或速度测量开展的,重点关注位移、速度及加速度频响函数.过去5年间,本课题组研究和开发了用于重大工程结构的分布式应变传感技术,并以分布式动态应变测量为核心开展了包括模态分析理论、模态测试及工程应用在内的研究工作.本文简要介绍分布式动态应变传感技术的基本特点和系统构成,重点阐述基于应变分布响应的模态分析理论、应变频响函数的测试技术及相应的模态参数识别方法.应变模态分析表明,从时频域上看,应变频响是更类似于位移频响而不同于速度或加速度频响的物理量,因此对低频响应更为敏感;基于位移频响函数和基于应变频响函数提取结构固有频率和阻尼比等价有效:基于位移频响函数和基于应变频响函数提取的特征向量之间的相互关系与位移和应变测量之间的映射关系完全相同,即基于应变频响获得的特征向量是直接的应变模态测量.探讨了应变模态在大柔度结构低频测试、动力模型重构、结构损伤识别3方面工程应用中的优势.     

薄壁圆柱体结构水下试验模态分析

随着计算机和振动测试技术的发展,试验模态分析技术有了许多新的发展,特别是七十年代以来,逐渐发展成为一项应用广泛的技术,但将试验模态分析应用于水下结构的动态特性分析仍然是一项较为复杂的工作。本文讨论了用正弦共振法对大型薄壁圆柱体结构作水下试验模态分析,并解决了一些试验中的技术问题,同时把结构在空气中试验时得到的结果与在水下试验的结果进行了对比。     

船舶结构振动模态综合法

有限元法是复杂结构振动分析的常用计算方法，但对于大型船舶结构用有限元法进行较高频率振动分析时，要求结构被划分成非常多的单元数以便获得详细的位移和应力特性，目前常用的计算机仍然无法对其进行计算。针对这个问题，提出了一种适用于具有弹性联接部件的大型结构振动分析模态综合法，它能够在有限的计算机设备资源的基础上分析计算大型结构较高频率的振动特性。实例计算表明，此方法是分析大型复杂结构振动的有效方法。     

某两栖车辆新质材料白车身模态分析与测试

坦克装甲车辆的车身作为一种大型箱式承载结构,不仅要承受各种载荷作用,还要具有一定的防护能力,是一种较为复杂的承载系统。车身作为装甲车辆全寿命周期内一个重要承载体,白车身结构设计与试验模态的分析,对于装甲车辆性能与可靠性具有重要的影响。为了获取某两栖车辆车身动态特性参数及验证其结构合理性,本文以某新质材料两栖车辆白车身为研究对象,分别对其进行了计算模态与试验模态分析。通过白车身模态参数与试验模态结果对比分析,验证了有限元模型的可靠性。基于该两栖车辆车体结构模态分布,分析得出车体结构设计的合理性,可避免大部分低阶模态耦合的发生。同时,为避免车辆机动中产生的共振,对悬挂装置等外部激励源的匹配设计提出了建议,为某两栖车辆车身结构的优化设计及改善车辆的动态响应特性提供了理论依据。     

基于声压测量的结构模态参数识别研究

为克服接触式测量传感器附加质量的影响,本文采用非接触式声压测量获取结构近场的辐射声压信号,提出Hilbert-Huang变换二次滤波时频分析方法对非平稳的近场声压辐射信号进行分析,实现了在强噪声环境中对桥梁结构模态参数的识别。在实验室对一跨径为11.2m的H型简支钢梁开展试验,结果表明：该方法能准确识别钢梁的前3阶固有频率,平均误差在0.5%以内,并成功获取结构的模态振型。该方法为桥梁结构模态参数获取和结构健康监测提供新的手段。     

波浪作用下结构的动力响应研究

波浪力是作用在港口工程结构物上的主要荷载之一,由于波浪的特性,结构物在波浪作用下会产生振动、疲劳等危害。利用有限元软件ANSYS模拟墩台结构,计算分析了该结构在波浪荷载作用下的内力、位移和振动等动力响应问题。计算由四个部分组成:重力作用下的结构静力响应、结构模态分析、结构谐响应分析和波浪作用下结构瞬态动力分析。     

基于TSV软件的大型低速风洞8 m×6 m试验段结构有限元分析

大型低速风洞8 m×6 m试验段能够减少模型尺度效应,更好地模拟被测试模型的细节,在航空、航天等领域有着广泛的应用需求.风洞尺寸越大,对风洞结构的安全性、可靠性和建造成本的要求就越高,因此,在设计阶段就必须对风洞试验段进行整体结构强度、刚度分析以校核其运营的安全性.以有限元模拟仿真分析软件TSV-Solutions对8 m×6 m试验段进行结构强度分析和模态分析,根据结果提出优化改进风洞试验段的结构,并对优化后的结果进行分析,优化后的大型低速风洞8 m×6 m试验段整体结构的强度和刚度在各种载荷工况下都能满足工程要求,计算模态结果与原设计方案一致,验证了本分析模型的合理性和可靠性.     

随机锤击法识别专用车架结构模态参数

结构动态试验中,用锤击法识别结构模态参数,近几年来已被广泛应用,通常锤击法激振能量有限,测得激励和响应数据信噪比甚低,影响模态参数识别的成败。本文提出用一种随机锤击法识别结构模态参数,它能将更多能量输入结构,提高了数据的信噪比,加快了试验速度。本文结合具体数据作出了论证。在4 t重复杂汽车吊专用车架上仅用280g重的小力锤,满意地获得了结构模态参数,并且与一般锤击法试验作了对比分析。     

某发动机机匣的试验模态分析

在介绍结构试验模态分析方法的基础上，以某飞机发动机机匣为研究对象，采用锤击激励法(多点激励单点拾振)进行模态试验．在信号采集时，以激励信号与响应信号的相干函数作为检验标准，并对采集到的信号进行线性平均和加窗处理．然后利用单自由度分析方法与集总平均相结合的优势(既简单，又不漏频)，分别应用峰值法和导纳圆拟合法对数据进行拟合，获得机匣的前11阶固有频率、模态阻尼比和振型图．     

Modal analysis of the torque converter in different prestress

In order to study the mechanical properties and the dynamic performance of torque converter, to reduce the vibration and noise during the operation and to improve the stability, a 215 mm hydraulic torque converter is taken as the research object, and modal analyses are performed based on the finite element method. The weak parts of the impeller structure are obtained after calculating the models of the impeller and turbine without prestress. The variation of the modal frequency of the turbine and impeller are obtained under different prestress conditions by calculating different rotational speeds of the transmission shaft. The fundamental frequencies of the impeller and the turbine increase by 0.43% and 4.82% respectively when the rotational speed ranges from 100 rpm to 4 500 rpm. The results of the present research indicate that the modal frequencies at different speeds are similar to the fundamental frequencies of the structure. Therefore, it is possible to estimate the vibration characteristics of the structure and optimize the structural design by numerical modal analysis in the static state instead of the dynamic state.     

Modal Parameter Identification of Offshore Platforms under Ambient Excitation

This paper intends to identify the modal parameters of an offshore platform under ambient excitation, and to compare the identified results with theoretical solutions. Using ambient sources of excitation to determine the modal characteristics of large civil engineering structures is desirable for several reasons. The forced vibration testing of such structures generally requires a large amount of specialized equipment and makes the tests quite expensive. Also, an automated health monitoring system for a large civil structure will most likely use ambient excitation. The Eigensystem Realization Algorithm (ERA) is applied in conjunction with the common basis-normalized system identification (CBSI) to identify structural modal parameters (natural frequency, damp ratio, mode shape), with limited acceleration information. Finally,offshore platform numerical model gets output response data under ambient excitation. Simulated data from numerical model of an offshore platform under ambient excitation is used for the identification of the system. According to the comparison results, the proposed method is shown to be effective for modal parameter identification under ambient excitation.