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基于虚拟仪器的振动测试与模态分析系统研究

杜贵益  
【摘要】: 试验模态分析技术是识别结构动力学参数的重要方法,在结构的动态设计及故障诊断中发挥着重要作用。相比于传统仪器,虚拟仪器具有较好的灵活性和可扩展性。基于虚拟仪器技术,研究改善试验模态分析系统的可操作性和使用效率,开发一套低成本、好的交互性和可扩展性的试验模态分析系统,具有一定的教学和工程应用价值。 本文对试验模态分析基本原理,特别对模态参数识别算法、模态定阶和真伪模态辨识方法进行了深入研究。从提高系统的测试效率出发,分析了不同模态参数对实测曲线拟合精度的影响,提出了利用不同模态组合拟合实测曲线,自动剔除虚假模态,进而一次提取所有真实模态的方法。实例表明,该方法可以有效提取所有真实模态。 在研究了试验模态分析基本原理与测试流程,以及国内外试验模态分析软件的基础上,基于Labview虚拟仪器平台,开发了一套振动测试与模态分析系统。针对国内大部分模态分析软件结构建模往往比较复杂、振型动画显示不够完善导致结构振型不易观察等不足,.文中利用VRML(Virtual Reality Modeling Language虚拟现实建模语言)为媒介,通过在Labview中调用SolidWorks、ANSYS、PRO/E等建模软件为结构建模的模型文件,实现系统结构模型的输入,有效的简化了结构模型的输入流程;利用ActiveX技术,实现Labview与第三方软件的实时数据交换,在第三方软件中实时显示结构振型动画,得到了较好的振型动画显示功能,改善了复杂结构模态振型难以观察的不足。 最后通过对四个实际应用实例,对本文提出的算法、系统软件和硬件进行了测试与验证。结果表明,系统运行稳定、可靠,软件算法正确、有效,具有较好的实用性。本系统可以用来测试和分析常用的动态信号,或作为深入研究试验模态分析技术理论的基础,也可以用于对具体结构进行锤击法试验模态分析。


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