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《浙江大学》 2011年
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基于HHT方法的机械系统模态参数识别

莫平杰  
【摘要】:本论文结合“基于经验模式分解的旋转机械振动模式分析方法的研究”(国家自然科学基金项目,项目编号:11072214)和“超临界、超超临界大型汽轮发电机组状态监测与故障诊断技术及其系统研究”(国家高技术研究发展计划项目(863计划),项目编号:2008AA042410),开展基于希尔伯特-黄变换(Hilert-Huang Transform, HHT)的提取机械系统模态参数方法的研究。以简支梁系统为研究对象,通过HHT方法对其有限元瞬态响应以及锤击试验的瞬态响应进行分析,识别简支梁系统的模态参数,并进一步提出了能够更有效地识别系统模态参数的ICA-HHT新方法。论文的主要研究内容和总体安排如下: 第一章主要论述了机械系统模态分析的背景及重要意义,调研了模态分析的研究现状和存在的问题。在此基础上引出了基于HHT的模态参数识别方法,并对HHT方法的研究现状进行了分析。 第二章阐述了HHT方法的发展过程及基本理论,详细介绍了该方法的基本概念和算法实施过程。对单自由系统和多自由系统振动特性进行了理论研究,应用HHT方法对单自由度系统和多自由度系统的仿真振动信号进行处理,验证了HHT方法提取机械系统的模态振动成分的有效性。 第三章首先从理论上分析一类典型机械振动系统—简支梁的振动特性,然后对其进行了有限元模态分析、谐响应分析和瞬态动力分析,得到了脉冲激励下简支梁各个节点处的瞬态响应。对所获取的瞬态响应信号分别进行经验模式分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)和集合经验模式分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD)处理,再使用希尔伯特变换(Hilbert Transform, HT)来识别各阶模态参数,取得了较好的识别效果。 第四章针对HHT方法识别机械系统模态参数时各个固有模式函数(Intrinsic Mode Function, IMF)中存在模式混叠现象导致识别误差较大的不足,提出了基于EEMD-ICA-HT的模态参数识别技术,减小了模式混叠造成的不利影响。最后以简支梁多个节点处的瞬态响应作为观测,采用ICA-HT方法对其进行分析,取得了较高的模态参数识别精度。 第五章对第三章所选取的典型机械振动系统进行了锤击实验,开发了基于HHT方法的模态参数识别系统,用本文提出的模态参数识别方法对所测得的简支梁瞬态响应进行分析处理,提取了系统的模态参数,验证了HHT方法用以系统模态分析的有效性。 第六章对本文的工作进行了总结,概括了研究过程中取得的成果以及存在的问题,并提出了进一步的研究方向。
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