机械结构试验模态分析系统设计

发布时间：2017-04-20 22:14

  本文关键词：机械结构试验模态分析系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：试验模态分析是建立在已知系统输入输出的基础上,对这两者进行数学处理而得到系统频率响应函数或者脉冲响应函数,通过模态参数识别方法获得系统模态参数。试验模态分析具有较好的可控性、良好的测试重复性、较高的模态参数识别精度和可靠性,在结构设计修改、损伤识别等方面具有重要作用和广泛应用。因此开发模态参数识别精度高、操作高效快捷的结构试验模态分析系统是工程上研究的重要课题之一。本文对试验模态原理进行深入研究,对多参考最小二乘复频域法进行算法改进,提出加权的多参考最小二乘复频域法。针对算法中数据基础的频响函数易受噪声干扰的问题,提出了以相干函数为加权参考的加权频响函数代替以往的平均频响函数函数,以频响函数方差为加权参考的加权最小二乘目标函数,增强频响函数的质量,提高了参数识别精度;提出了基于稳定图分组加权的最优结构模态自动识别,根据据稳定图中计算模态的频率、阻尼比、模态振型等计算各个计算模态分值分组,拾取基于模态分值最高的稳定模态,提高了筛选效率,降低人为主观因素对稳定模态选择的影响,更加准确提取结构物理模态。搭建机械结构试验模态分析系统实验平台,并对试验模态分析系统进行软件设计。对试验模态分析平台的搭建基于有线采集和无线传感器网络采集两种方式进行硬件选型;根据机械结构试验模态分析的实际需求,对模态分析系统软件进行总体和功能模块设计。设计了通用的数据二维显示器、结构模型三维显示器、稳定图显示器以及各功能模块:结构建模、数据采集、数据处理与选择、模态识别、模态验证和振型动画等。根据信号分析原理、试验具体要求、工程应用经验等多方面进行综合考量,设计出符合模态分析原理、满足试验要求、提供经验参考数值且人机交互友好、界面美观的试验模态分析系统。使用本文开发的试验模态分析系统,采用基于有线采集和基于无线传感器网络采集两种方式进行框架结构试验模态分析。通过测试平台搭建、结构建模、数据采集、数据处理、模态识别、模态验证和振型动画完整的试验模态分析流程识别结构模态参数,并与LMS模态分析系统识别结果对比分析。结果表明本系统能有效识别出结构的模态参数,并具有较高的识别精度和识别效率,验证了本系统利用有线和无线传感器网络进行试验模态分析的正确性与工程应用的可行性。最后对论文的工作进行了总结,并对工作模态分析技术研究进行了展望。
【关键词】：试验模态分析 模态参数 自动识别 无线传感器网络 软件研发
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH113;TP274
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题的提出及研究意义9-11
• 1.2 机械结构模态分析现状11-16
• 1.2.1 机械结构模态分析技术研究现状11-14
• 1.2.2 机械结构模态分析系统研究现状14-16
• 1.3 论文的主要工作和内容安排16-19
• 1.3.1 论文主要工作16-17
• 1.3.2 论文内容安排17-19
• 2 加权多参考最小二乘复频域法模态参数自动识别19-37
• 2.1 引言19
• 2.2 多参考最小二乘复频域法19-23
• 2.2.1 频率响应函数模型19-20
• 2.2.2 算法实现20-23
• 2.2.3 存在的问题23
• 2.3 加权多参考最小二乘复频域法模态参数识别23-28
• 2.3.1 加权频响函数23-24
• 2.3.2 加权多参考最小二乘复频域法24-27
• 2.3.3 稳定图创建27-28
• 2.4 基于稳定图分组加权的最优结构模态参数自动提取28-31
• 2.5 数值仿真31-36
• 2.6 本章小结36-37
• 3 试验模态分析系统的总体设计37-53
• 3.1 需求分析37-38
• 3.2 试验模态分析系统总体设计38-39
• 3.3 试验模态分析系统测试平台搭建39-45
• 3.3.1 试件支撑方式选用39-40
• 3.3.2 激励方式选用40
• 3.3.3 传感器选用40-42
• 3.3.4 数据采集器的选用42-45
• 3.3.5 计算机45
• 3.4 试验模态分析软件设计45-52
• 3.4.1 开发平台的选择45-46
• 3.4.2 软件系统总体框架设计46-47
• 3.4.3 软件系统功能模块划分47-48
• 3.4.4 软件系统工程数据管理结构设计48-49
• 3.4.5 软件系统通用模块设计49-52
• 3.5 本章小结52-53
• 4 试验模态分析系统软件功能模块设计53-67
• 4.1 工程文件创建53
• 4.2 结构建模53-54
• 4.3 数据采集54-61
• 4.3.1 采集通道配置56
• 4.3.2 锤击示波56-57
• 4.3.3 锤击设置57-59
• 4.3.4 测量59-61
• 4.4 数据处理61-63
• 4.4.1 频响函数61
• 4.4.2 相干函数61-62
• 4.4.3 分析数据选择62-63
• 4.5 模态参数识别63-64
• 4.6 模型验证64
• 4.7 振型动画64-65
• 4.8 本章小结65-67
• 5 系统应用试验67-83
• 5.1 基于有线采集的矩形框架试验模态分析67-75
• 5.1.1 试验内容67-68
• 5.1.2 试验过程68-74
• 5.1.3 结果分析74-75
• 5.2 基于无线传感器网络采集的矩形框架试验模态分析75-82
• 5.2.1 试验内容75-76
• 5.2.2 试验过程76-81
• 5.2.3 结果分析81-82
• 5.3 本章小结82-83
• 6 工作总结与展望83-85
• 6.1 工作总结83-84
• 6.2 后续工作展望84-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-93
• 附录93
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文93
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目93

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