振型缩聚扩充及其应用

发布时间：2017-10-17 03:27

  本文关键词：振型缩聚扩充及其应用

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【摘要】：在航空、航天、机械等领域，为了预测结构响应、监测系统工作状态，进而控制其工程性能，需要建立一个较精确描述结构的数学模型。将结构的试验模型与有限元模型相结合，是建立该数学模型的有效方法：将有限元模态振型减缩，可以建立一个其自由度与试验自由度对应一致的试验/分析模型（Test-Analysis Model, TAM）；将试验模态振型扩充，则可以得到一个空间完备的模态振型。 本文针对振型缩聚和振型扩充的方法进行了系统的研究和应用。研究了传统的振型缩聚技术，并重点应用于测量自由度的选择，即传感器配置。提出了一种将基于振型矩阵转置正交分解的逐步累积法和基于振型有效独立的逐步减缩法结合使用的两步式传感器配置方法，并将这种方法与另外三种常用的传感器配置方法应用于悬臂梁与某车辆构架模型上。通过度量指标的比较，这种两步式传感器配置方法所确定的测量自由度既能满足振型匹配要求，又能保证测试振型的独立性。对于振型扩充，研究了四种经典的振型扩充方法，将其归纳为两类，即利用质量刚度矩阵的扩充方法与利用模态坐标的扩充方法。将四种扩充方法分别应用于悬臂梁与构架模型的试验振型扩充并进行了对比。为获得结构的应变模态，研究了模态振型与应变模态之间的关系，推导了梁单元与四节点板单元应变模态的算法，计算了梁模型的应变模态。利用两步式传感器配置方案对悬臂梁与构架模型进行了模态试验，计算了试验模态置信准则（MAC），验证了试验结果的可靠性。利用MATLAB GUI编程技术开发了振型缩聚扩充MATLAB工具箱，实现了友好了人机交互功能。
【关键词】：模态试验与分析 有限元建模与分析 振型缩聚与扩充 试验/分析模型 传感器配置 应变模态 MATLAB工具箱
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH113.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 研究背景和选题依据12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 本文研究内容及安排14-16
• 第二章 振型缩聚技术及应用16-33
• 2.1 振型缩聚技术概述16
• 2.2 试验/计算模型的自由度16-23
• 2.2.1 常用的传感器配置方法16-20
• 2.2.2 逐步累积与减缩相结合的配置方法（QR-EI）20-21
• 2.2.3 测量自由度数目的确定21
• 2.2.4 激励自由度的确定21-22
• 2.2.5 度量指标22-23
• 2.3 试验/计算模型的模态参数23-24
• 2.3.1 模态参数的计算23-24
• 2.3.2 利用模态参数检验 TAM 的可靠性24
• 2.4 振型缩聚算例24-32
• 2.4.1 悬臂梁算例24-28
• 2.4.2 构架模型算例28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 振型扩充技术及应用33-57
• 3.1 振型扩充技术概述33
• 3.2 试验/计算模型扩充33-37
• 3.2.1 振型匹配33-34
• 3.2.2 两类振型扩充方法34-36
• 3.2.3 置信准则36-37
• 3.3 振型扩充算例37-48
• 3.3.1 悬臂梁模型振型扩充37-42
• 3.3.2 构架模型振型扩充42-48
• 3.4 振型与应变的关系48-56
• 3.4.1 位移与应变的关系48-49
• 3.4.2 应变模态49-50
• 3.4.3 梁单元悬臂梁模型的应变模态算例50-52
• 3.4.4 板单元悬臂梁模型的应变模态算例52-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 模态试验57-67
• 4.1 模态试验概述57
• 4.2 悬臂梁试验57-62
• 4.2.1 试验装置57-60
• 4.2.2 数据采集60
• 4.2.3 系统识别60-61
• 4.2.4 验证结果61-62
• 4.3 构架模型试验62-66
• 4.3.1 试验装置62-64
• 4.3.2 数据采集64
• 4.3.3 系统识别64-65
• 4.3.4 验证结果65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 MATLAB 工具箱开发67-76
• 5.1 MATLAB 简介67
• 5.2 GUI 辅助图形界面67-69
• 5.1.1 图形用户界面简介67
• 5.1.2 文件 I/O67-68
• 5.1.3 句柄图形体系68-69
• 5.1.4 预定义对话框69
• 5.3 振型缩聚扩充工具箱69-75
• 5.3.1 主界面69-70
• 5.3.2 振型缩聚模块70-73
• 5.3.3 振型扩充模块73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 全文工作总结和展望76-78
• 6.1 本文的主要工作和结论76-77
• 6.2 后续工作展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王彤;张令弥;;运行模态分析的频域空间域分解法及其应用[J];航空学报;2006年01期

2 焦群英，王书茂，才力，潘广和，张平;用于结构共振疲劳寿命估计的应变模态分析[J];机械工程学报;1996年03期

3 徐有刚;冯加权;杜强;王玉军;;大型结构件模态试验方法[J];科学技术与工程;2007年13期

4 刘福强,张令弥;作动器/传感器优化配置的研究进展[J];力学进展;2000年04期

5 费庆国;李爱群;缪长青;张令弥;;基于主列筛选的动态测试传感器配置方法研究[J];力学学报;2008年04期

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本文编号：1046550