振动实验模态分析虚拟仪器的研发

发布时间：2017-08-25 02:09

  本文关键词：振动实验模态分析虚拟仪器的研发

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【摘要】：随着实验模态分析技术在结构动力学方面的作用日益突出,其应用也越来越广泛。传统的实验模态分析软件的成本比较昂贵且技术保密性太高,而虚拟仪器具有较高的性价比、便捷性和可扩展性。因此,基于虚拟仪器技术研究开发一套低成本、交互性好、可扩展性强的实验模态分析系统,不仅可以应用于实际工程分析,还具有一定的教学和科研价值。本文对实验模态分析基本原理、数据采集的触发方式、模态参数识别算法以及虚拟仪器的结构建模等方面进行了研究,特别对软件触发技术和LabVIEW建模技术进行了深入研究。相比于国内外一些实验模态分析系统在数据采集部分采用硬件触发的方式,该系统采用了软件触发的方式,从而实现了测试系统的便携性。在频响测试部分应用了平均技术,从而保证了所测频响数据的精度。在研究了实验模态分析基本原理、测试流程以及国内外试验模态分析软件的基础上,基于LabVIEW开发平台,研制了一套集几何建模功能、数据采集及频响分析功能、模态参数识别功能以及振型动画显示功能于一体的实验模态分析系统。其中,在几何建模部分,既可以通过本系统独立建模,也可以通过第三方软件导入模型;在模态参数识别部分,本文采用了比较流行的整体正交多项式参数识别方法(FPDI),在窄频带内具有优良识别效果的频域直接参数识别方法(FDPI)以及在较宽频带内具有较好识别功能的最小二乘复指数法(LSCE)。实例表明,在测试过程中通过不同的模态参数识别方法的配合使用,可以达到更佳的识别效果。最后,分别通过对简支梁、薄圆板以及电机支座的锤击法实验模态分析对本文所提出的软硬件系统进行了测试和验证,并与ANSYS以及ME’scope等著名权威软件进行对比验证。实验结果表明,本系统运行稳定、有效、准确,识别效果上佳,可以应用于非复杂结构的实际工程项目中,也可作为实验模态分析的实验教学软件进行课堂讲解,同时还可以作为基于虚拟仪器技术平台对实验模态分析技术进行更深层开发研究的基础性平台。
【关键词】：实验模态分析 虚拟仪器 软件触发 参数识别
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB53
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 本课题研究背景与目的意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 实验模态分析技术9-10
• 1.2.2 实验模态分析相关软件10-11
• 1.2.3 虚拟仪器技术11-12
• 1.3 论文的主要研究内容与总体框架12-14
• 2 模态分析及其相关技术14-36
• 2.1 模态分析概念14
• 2.2 模态分析原理14-18
• 2.3 信号采集与分析18-24
• 2.3.1 信号采集技术18-20
• 2.3.2 频响函数（FRF）分析20-24
• 2.4 模态参数辨识方法24-35
• 2.4.1 频域直接参数识别方法（FDPI）25-26
• 2.4.2 整体正交多项式识别方法（FPDI）26-28
• 2.4.3 最小二乘复指数法（LSCE）28-30
• 2.4.4 三种算法的比较30-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 实验模态分析系统研制36-50
• 3.1 系统功能需求分析36
• 3.2 系统总体架构36-37
• 3.3 硬件选择37-39
• 3.3.1 力锤与传感器的选择37-38
• 3.3.2 采集卡的选择38-39
• 3.4 系统软件总体设计39-40
• 3.5 各子模块的具体软件实现40-48
• 3.5.1 几何建模模块40-41
• 3.5.2 数据采集模块41-43
• 3.5.3 参数识别模块43-47
• 3.5.4 振型动画演示模块47-48
• 3.6 本章小结48-50
• 4 模态分析实验50-65
• 4.1 简支梁实验模态分析50-55
• 4.2 薄圆板实验模态分析55-60
• 4.3 电机支座实验模态分析60-64
• 4.4 本章小结64-65
• 5 工作总结与展望65-67
• 5.1 工作总结65
• 5.2 不足与展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70

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本文编号：734436