實驗模態(tài)分析的前端信號精度研究及虛擬式模態(tài)分析儀的研制.pdf

1、實驗模態(tài)分析是隨著計算機技術、振動測試技術、虛擬儀器技術的發(fā)展，從上個世紀60年代開始發(fā)展起來的一項重要的工程應用技術。到目前為止，與其相關的理論模型研究，已經(jīng)較為完善，并逐步轉向各種行業(yè)的工程應用中。在機械、建筑、航空航天、船舶、汽車等多個領域的應用非常廣泛，并且已經(jīng)日趨成熟。在國內外也出現(xiàn)了多種不同功能、不同層次的模態(tài)分析軟件。隨著科技的進步，很多工程結構對模態(tài)分析軟件的分析結果精度要求越來越高，然而由于結構本身、傳感器、數(shù)據(jù)采集調

2、理、參數(shù)識別等環(huán)節(jié)都可能引入誤差，所以模態(tài)參數(shù)識別結果的精度往往不高。本文正是基于以上背景，完整地開發(fā)了一套虛擬式模態(tài)分析儀，并且對其前端的頻響函數(shù)估計精度問題進行了深入的研究和探討。
　　文章首先介紹了實驗模態(tài)分析的相關研究背景和國內外的研究現(xiàn)狀，然后較為系統(tǒng)地描述了實驗模態(tài)分析的基礎知識。從物理模型出發(fā)，推導出了模態(tài)分析的理論模型，從正反兩個角度說明了實驗模態(tài)分析的原理。根據(jù)實驗模態(tài)分析的運作流程，完整地介紹了實驗模態(tài)分析的過

3、程，包括實驗前的實驗準備（結構的安裝、調試和校準，激勵測點、響應測點布置等）、幾何結構模型的建立、時域原始振動數(shù)據(jù)的采集、頻響函數(shù)的估計、模態(tài)參數(shù)的識別、模態(tài)模型的驗證、結果參數(shù)和振型動畫的輸出等。
　　針對提高頻響函數(shù)的估計精度問題使用兩種方法進行了專門的研究和探討，一種方法是使用頻率抽取校正方法首先對采集的原始數(shù)據(jù)信號進行頻譜校正，提高其頻譜精度，待各個測試點各個方向的數(shù)據(jù)都進行校正以后，再使用其進行頻響函數(shù)估計，然后在頻響函

4、數(shù)的基礎上進行模態(tài)參數(shù)識別，得到較高精度的模態(tài)參數(shù)；另一種方法是采用高階譜的方法，使用高階譜優(yōu)良的噪聲不敏感性，首先對原始采樣數(shù)據(jù)信號進行雙譜估計，再使用雙譜重構原始信號的Fourier變換，達到去噪的目的，然后使用重構信號估計頻響函數(shù)，進而進行模態(tài)參數(shù)識別。通過仿真數(shù)據(jù)和實際的簡支梁采樣數(shù)據(jù)分別驗證了兩種方法的有效性，得到了精度較高的模態(tài)參數(shù)識別結果。
　　文章還重點介紹了QLVMA-2型虛擬式模態(tài)分析儀的研制研發(fā)過程和其各個部

5、分的功能結構。該模態(tài)分析儀采用圖形化的顯示操作界面，簡潔明了、用戶操作簡單、上手快，真正體現(xiàn)了“虛擬”儀器的特點。該模態(tài)分析儀可以實現(xiàn)整個實驗模態(tài)分析過程，分別為幾何結構建模、結構數(shù)據(jù)采集、頻響函數(shù)估計、模態(tài)參數(shù)識別、結果參數(shù)和振型動畫顯示、模態(tài)模型驗證等。在介紹儀器功能的基礎上通過簡支梁的實驗模態(tài)分析、鋼板結構的實驗模態(tài)分析、工字形梁的實驗模態(tài)分析、剛性框架結構的實驗模態(tài)分析、摩托車車架結構的實驗模態(tài)分析等各種形狀、大小的結構實驗模態(tài)