隨機子空間法運行模態(tài)參數(shù)自動識別.pdf

1、運行模態(tài)分析是獲取結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性的重要方法，由于其具有操作簡單快捷、試驗費用低等諸多優(yōu)點，已逐步成為航空航天、汽車等產(chǎn)品研制、定型、使用和維護(hù)過程中不可或缺的手段。獲取準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)是運行模態(tài)分析技術(shù)的核心目標(biāo)。然而，在模態(tài)參數(shù)識別過程中，一方面由于模型階次過估計而產(chǎn)生的計算極點及測量噪聲引入的噪聲極點對最終模態(tài)參數(shù)的確定產(chǎn)生了極大的干擾；另一方面采用人工參與定階及模態(tài)拾取的方式不僅費時費力，對操作人員相關(guān)專業(yè)技能要求較高，且易受主

2、觀因素影響，使得最終識別結(jié)果準(zhǔn)確性低，可靠性差。為解決上述問題，本文提出一種基于隨機子空間法的模態(tài)參數(shù)自動識別算法。
　　本研究首先以5自由度質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)及矩形平板為例，結(jié)合傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)圖法及頻域分解法對數(shù)據(jù)驅(qū)動的隨機子空間法(Data-SSI)、協(xié)方差驅(qū)動的隨機子空間法(Cov-SSI)、聯(lián)合隨機子空間法(Comb-SSI)識別所得結(jié)果從固有頻率、阻尼比、振型及計算效率四個角度進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：上述三種隨機子空間法均能

3、準(zhǔn)確識別5自由度質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)及矩形平板的固有頻率、阻尼比及振型，且識別結(jié)果具有較高的一致性；在計算效率方面，Cov-SSI法最快，Comb-SSI法次之，Data-SSI法最慢。該結(jié)論可為實際結(jié)構(gòu)原始極點獲取方法的合理選取提供理論依據(jù)。隨后，為進(jìn)一步獲取結(jié)構(gòu)的物理模態(tài)特性，提出一種基于重構(gòu)漢克爾矩陣的虛假極點剔除法，并將其應(yīng)用至已識別得到的5自由度質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)及矩形平板的原始極點中，通過對比采用傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)圖法所獲取的有關(guān)結(jié)

4、果，可知：基于重構(gòu)漢克爾矩陣的虛假極點剔除法可以有效剔除絕大部分計算極點及噪聲極點，且剔除效果優(yōu)于傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)圖法。最后，建立一種基于譜系聚類的模態(tài)參數(shù)自動識別算法，并利用該算法獲取5自由度質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)及矩形平板的模態(tài)參數(shù)，對比仿真系統(tǒng)的理論值及B&KOMA軟件識別所得結(jié)果可知：基于譜系聚類的模態(tài)參數(shù)自動識別算法可以較為準(zhǔn)確地拾取上述兩模型的物理模態(tài)參數(shù)。進(jìn)而，對具有重根模態(tài)的某汽車制動盤進(jìn)行運行模態(tài)試驗，并將該算法應(yīng)用至其響應(yīng)數(shù)據(jù)