基于某大型結構的工作模態(tài)方法研究

李智勞 楊文岐 李思宇（中國飛機強度研究所,陜西 西安 710065）

基于某大型結構的工作模態(tài)方法研究

李智勞 楊文岐 李思宇（中國飛機強度研究所,陜西 西安 710065）

傳統(tǒng)的模態(tài)測試方法無法測試一些大型結構的模態(tài)。工作模態(tài)方法能夠在激勵未知的情況下，僅靠獲得的結構響應來識別結構本身的模態(tài)。本文研究了工作模態(tài)方法對于大型結構的模態(tài)測試問題。先從理論角度介紹了工作模態(tài)的測試原理，然后運用工作模態(tài)方法測試了某大型結構的模態(tài)，給出了測試結果。

模態(tài)測試；大型結構；結構響應；工作模態(tài)

對于某些大型結構，如鉆井平臺、高層建筑物、橋梁等，以現(xiàn)有的激勵手段難以進行有效激勵，但為了獲得結構的模態(tài)參數(shù)，傳統(tǒng)的試驗方法和激勵方式顯得比較困難。為了解決此類結構的模態(tài)測試問題，本文開展了工作模態(tài)分析法，來探索解決傳統(tǒng)模態(tài)試驗方法遇到的無法進行有效激勵和激勵難以獲得的問題。在激勵未知的情況下，采集結構的響應來進行結構的模態(tài)參數(shù)識別，能夠比較有效的解決輸入不可測問題。

1 理論基礎

對自由度為n的線性系統(tǒng),當系統(tǒng)的k點受脈沖激勵,i點的脈沖響應xik(t)為:

式中,ξm、ωm、ωcm分別為系統(tǒng)第m階模態(tài)的阻尼比、圓頻率和有阻尼固有頻率，aikm為常數(shù)。

當系統(tǒng)在k點受白噪聲激勵，i點的響應xik(t)與j點響應xjk(t)的相關函數(shù)Rijk(τ)：

式中,τ為采樣間隔，θm為第m階相位角，bikm為常數(shù)。

同樣當系統(tǒng)有N點受白噪聲激勵，系統(tǒng)i點的響應與j點響應的相關函數(shù)Rij(τ)：

式中，cikm為常數(shù)。

工作模態(tài)法測試模態(tài)的過程為，先對結構響應進行采集,然后選取一個測量點作為參考點，計算其它測點與該參考點的互相關函數(shù),將計算的相關函數(shù)作為脈沖響應函數(shù)并進行參數(shù)識別。

2 試驗

2.1 試驗設備

試驗所用設備在試驗前都進行了狀態(tài)確認，以保證其處于正常工作狀態(tài)，見表1。試驗中所有涉及測量的儀器，都經(jīng)過了計量校準/檢定合格、且在有效期內，并提供相應校準/檢定合格證書。

表1 計量儀器清單

2.2 試驗結果

本次試驗所測結構為某大型工程結構，試驗時采用鐵制榔頭（16磅）進行激勵，激勵時為了避免激起高頻響應，采用橡膠材料包裹榔頭。試驗過程中，用大力激勵10次，并采用MTSIDEAS軟件采集結構響應，進行工作模態(tài)分析。試驗結果見表2：

表2 模態(tài)匯總

3 結語

傳統(tǒng)的激勵方式包括力錘激勵和激振器激勵。然而，這兩種激勵方式對于一般結構比較適用，也能夠獲得良好的激勵效果。對于一些大型結構，力錘激勵和激振器激勵難以提供足夠大的能量，結構的響應小，所采集的信號信噪比差，難以對模態(tài)進行識別。本文給出了一種測試大型結構模態(tài)的方法，對于某些傳統(tǒng)模態(tài)測試手段無法進行模態(tài)測試的結構有重要工程價值。

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