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《重庆大学》 2008年
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实验模态分析的前端信号精度研究及虚拟式模态分析仪的研制

段虎明  
【摘要】: 实验模态分析是随着计算机技术、振动测试技术、虚拟仪器技术的发展,从上个世纪60年代开始发展起来的一项重要的工程应用技术。到目前为止,与其相关的理论模型研究,已经较为完善,并逐步转向各种行业的工程应用中。在机械、建筑、航空航天、船舶、汽车等多个领域的应用非常广泛,并且已经日趋成熟。在国内外也出现了多种不同功能、不同层次的模态分析软件。随着科技的进步,很多工程结构对模态分析软件的分析结果精度要求越来越高,然而由于结构本身、传感器、数据采集调理、参数识别等环节都可能引入误差,所以模态参数识别结果的精度往往不高。本文正是基于以上背景,完整地开发了一套虚拟式模态分析仪,并且对其前端的频响函数估计精度问题进行了深入的研究和探讨。 文章首先介绍了实验模态分析的相关研究背景和国内外的研究现状,然后较为系统地描述了实验模态分析的基础知识。从物理模型出发,推导出了模态分析的理论模型,从正反两个角度说明了实验模态分析的原理。根据实验模态分析的运作流程,完整地介绍了实验模态分析的过程,包括实验前的实验准备(结构的安装、调试和校准,激励测点、响应测点布置等)、几何结构模型的建立、时域原始振动数据的采集、频响函数的估计、模态参数的识别、模态模型的验证、结果参数和振型动画的输出等。 针对提高频响函数的估计精度问题使用两种方法进行了专门的研究和探讨,一种方法是使用频率抽取校正方法首先对采集的原始数据信号进行频谱校正,提高其频谱精度,待各个测试点各个方向的数据都进行校正以后,再使用其进行频响函数估计,然后在频响函数的基础上进行模态参数识别,得到较高精度的模态参数;另一种方法是采用高阶谱的方法,使用高阶谱优良的噪声不敏感性,首先对原始采样数据信号进行双谱估计,再使用双谱重构原始信号的Fourier变换,达到去噪的目的,然后使用重构信号估计频响函数,进而进行模态参数识别。通过仿真数据和实际的简支梁采样数据分别验证了两种方法的有效性,得到了精度较高的模态参数识别结果。 文章还重点介绍了QLVMA-2型虚拟式模态分析仪的研制研发过程和其各个部分的功能结构。该模态分析仪采用图形化的显示操作界面,简洁明了、用户操作简单、上手快,真正体现了“虚拟”仪器的特点。该模态分析仪可以实现整个实验模态分析过程,分别为几何结构建模、结构数据采集、频响函数估计、模态参数识别、结果参数和振型动画显示、模态模型验证等。在介绍仪器功能的基础上通过简支梁的实验模态分析、钢板结构的实验模态分析、工字形梁的实验模态分析、刚性框架结构的实验模态分析、摩托车车架结构的实验模态分析等各种形状、大小的结构实验模态分析实例,验证了该仪器实验模态分析结果的正确性和适用性,并且与国内外著名的商用模态分析软件作了对比实验、与ABAQUS有限元分析软件的计算模态参数和振型作了对比实验,都充分的验证了虚拟式模态分析仪分析结果的可靠性和准确性。文章最后还对所做工作进行了总结,并且对下一步研究方向进行了展望。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TH89

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【引证文献】
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2 杜贵益;基于虚拟仪器的振动测试与模态分析系统研究[D];中南大学;2010年
3 潘实;基于虚拟仪器技术的多通道试验模态分析系统研究[D];中南大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
2 张之猛;水声信号处理中的盲解卷积技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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4 包兴先;基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D];中国海洋大学;2010年
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6 陈为真;大型结构振动信号处理与模态参数识别研究[D];华中科技大学;2010年
7 雷金;洛仑兹平面电机的结构动态特性研究[D];华中科技大学;2010年
8 刘强;基于复杂系统的铁路客流预测方法研究[D];中国铁道科学研究院;2008年
9 王红云;单根多楔带附件驱动系统动态特性建模与仿真技术的研究[D];华南理工大学;2010年
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1 杨毅;FMCW雷达高度表数字信号处理技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
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3 符俊杰;敷设粘弹阻尼的矿用溜槽振动特性研究[D];山东科技大学;2010年
4 丁雷;白鼠脑电信号远控采集处理系统的设计与研究[D];山东科技大学;2010年
5 倪川;某框架结构振动特性测试与控制分析研究[D];郑州大学;2010年
6 孔维峰;汽车水泵总成的动态特性研究[D];郑州大学;2010年
7 李朋勇;基于全矢高阶谱的故障诊断方法及其应用研究[D];郑州大学;2010年
8 王雷;典型船用设备与船体结构耦合抗冲击特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 郝卓;长轴表面滚压加工装置的设计及加工过程数值模拟的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 金艳玲;TDCS信道适应性能分析及峰均比抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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1 王海英;孙晓波;孔祥冰;崔玥;;水切割机器人的电涡流传感器优化设计[J];传感器与微系统;2007年03期
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8 江世媛,姚熊亮,黄国权;简化的舱段船壳模型试验模态分析[J];哈尔滨工程大学学报;2003年05期
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2 常军;随机子空间方法在桥梁模态参数识别中的应用研究[D];同济大学;2006年
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1 许剑芸;弹性板结构模态频率解析及试验分析[D];北京交通大学;2011年
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【二级引证文献】
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1 潘实;基于虚拟仪器技术的多通道试验模态分析系统研究[D];中南大学;2012年
【二级参考文献】
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1 陆爽;噪声对频响函数辨识的影响[J];长春大学学报;2001年05期
2 徐培民,杨积东,闻邦椿;邻近频率分量的频谱识别与校正法[J];东北大学学报;2001年02期
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1 陈刚;振动法测索力与实用公式[D];福州大学;2004年
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10 曹文平;杨庆东;;五轴联动铣床的实验模态分析[J];机械制造与自动化;2008年01期
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5 姚学锋;杨桂;姚振汉;戴福隆;方竞;;先进复合材料自行车架的动力学特性分析[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第三卷)[C];1997年
6 李书明;何亮;程关兵;;基于模态分析的航空发动机风扇叶片模型结构损伤识别方法研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
7 李慧;杜永峰;王红丽;;框架节点损伤识别的数值与试验分析[A];第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2007年
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10 马永列;陈章位;胡海清;;实验模态分析中基于MATLAB的离散化正交多项式算法[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
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7 周云;地基板与混凝土框架结构参数识别的实验与研究[D];湖南大学;2008年
8 张强;振动机械结构的模态参数辨识研究[D];武汉大学;2009年
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10 徐宏海;大型立式玻璃磨边机关键力学问题研究[D];北京工业大学;2013年
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1 黄捷;实验模态分析中结构建模的研究及虚拟式模态分析仪的研制[D];重庆大学;2010年
2 滑广军;结构分析中的多输入多输出传递函数无偏估计[D];中南大学;2002年
3 张银超;基于实验模态分析的某校车参数识别及仿真分析[D];湖南大学;2013年
4 李瑞;无线传感器网络及其在实验模态分析中的应用[D];重庆大学;2011年
5 张红霞;大型直线振动筛动力学分析与研究[D];青岛科技大学;2009年
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7 董广宁;船舶机械结构结合面动力学参数识别的研究[D];大连理工大学;2008年
8 贺鑫;大型直线振动筛动态仿真的研究[D];青岛科技大学;2008年
9 杜奕;MSY7115平面磨床的实验模态分析及动特性修改[D];昆明理工大学;2002年
10 张微;动力总成动态特性与振动控制研究[D];天津大学;2008年
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