基于数字图像相关法及ITD法的模态参数识别研究.pdfVIP

基于数字图像相关法及ITD 法的 模态参数识别研究 1 1 2 王维辉 ，董萼良 ， 康新 1 2 （东南大学 土木工程学院，南京，210096 ） （南京理工大学 理学院，南京，210094 ） 摘要：本文提出了一种将时间序列数字图像相关法与 ITD (IbrahimTimeDomain)法结合，对振动结构进行模态参数识 别的思想。首先，使用数字图像相关方法对由高速摄像机采集的振动结构的时间序列图像进行相关性分析，得到各个测点振 动方向上的随时间变化的位移，并计算出其随时间变化的速度，然后运用传统的 ITD 法进行编程计算，得到结构的相关模 态参数。最后，作者以一具体的实验为例，运用上述方法，识别出结构的相关模态参数，并将其与理论解进行了对比，从而 证明这种方法的可行性。与传统的机械振动传感器测试方法相比，本文的方法具有非接触、全场测量、测试结构简单等优点， 特别适用于高温、高压等复杂环境下的模态参数识别，本文方法具有一定工程实际应用价值。 关键词：数字图像相关；ITD 法；高速摄像机；模态参数识别 引 言 对结构来说，模态参数是其动力特性的重要指标，得到结构模态参数具有重要意义。模态参数识别在 桥梁、海洋、机械、航空、航天等领域都受到广泛的关注和研究。模态参数识别的主要任务是从测试所得 的数据中，确定振动系统的频率、阻尼、振型等参数，为结构系统的振动特性分析，振动故障诊断和预报 以及结构动力特性的优化设计提供依据。因此模态参数识别是模态分析理论的重要内容。 [1,2] ITD(IbrahimTimeDomain)法是一种常用的时域模态参数识别方法 。该方法利用结构振动响应的自 由衰减信号，通过两次延时，构造出系统的特征矩阵，然后通过求解特征值问题，获得系统的模态参数。 在现代光测力学中，数字图像相关技术被广泛应用。该技术具有测量结构简单，不受环境噪声影响等 优点，它通过计算采集含有物体位移或变形前后数字图像的相关系数来获取位移或变形信息，它既可以用 [3] 于宏观测量，也可以用于微观测量 。 本文使用高速摄像机采集振动结构的时间序列图像，然后运用数字图像相关分析技术计算结构所选测 点的时间— 位移及时间—速度，最后使用ITD法识别出振动系统的频率、阻尼比等模态参数。 1 ITD 法识别原理 1.1 数学模型 [1] n 个自由度粘性阻尼系统的自由位移响应为 ： ∗ ( ) = [ (0) + ∗ ∗(0) ] (1) 或者简写为： 1) 东南大学重大科学研究引导基金资助 2) E-mail ：wangweihuicool@163.com ( ) = = ( ) (2) 式中， ( ) = (3) = ( ) (4) = − +