工况模态分析理论的概念、应用与发展.pdfVIP

工 No．S 第17卷增刊 振 动 程 学 报 V01．17 2004年8月 ofVibration Aug．2004 Journal Engineering 工况模态分析理论的概念、应用和发展 宋汉文1 华宏星2 傅志方2 (1复旦大学力学与工程科学系 摘要简述了近十余年来的工况模态分析理论的概念、应用与发展，提出了今后进一步的研究和发展方向。 关键词；模态分析；NExT算法；随机子空间方法 中图分类号：032 作为结构动力学反问题主要研究手段的实验模 冲响应函数，将ERA算法移植到随机环境激励问题 态分析技术已经成为振动工程领域最重要的工具之 中发展而成。在近十年的发展过程中，大量的研究成 一。传统的实验模态分析与参数辨识技术是基于频 果致力于将传统模态分析技术中已经成熟的各种算 率响应函数的测量而展开的，它要求对实际结构施 法移植到工况模态分析方法中来，建立了相应的算 加一组可控、可观的激励，同时测取其响应，通过输 法体系。大部分工作集中在提高辨识精度和算法稳 入输出数据辨识动力学特性。然而，现代结构遇到的 定性研究方面，模型定阶、盲辨识技术等问题是近期 困难是，研究对象或者无法施加人工激励，如在轨飞 关注的焦点内容。应用研究方面，成果主要体现在桥 行器等；或者人工激励代价昂贵或有破坏性，如桥 梁、飞行器等研究中[6~7]。国内几乎同步涉足对该领 梁，高耸结构、海洋平台等；或者结构在工作状态下 域的研究，张令弥凹]、张景绘等做出了先驱性研究工 自身承受的环境激励不可测控，如机翼颤振、桥梁风 作‘2|，任伟新胁3等在桥梁辨识中的应用是成功的例 振、机床切削颤振以及地震等情形。由此提出了只在 子‘9|。 响应可测的条件下对结构动力学参数辨识的问题， Modal 称为“工况模态分析(Operational 1 NExT方法 Analysis)”。在实际工作状况下，实测的响应更能够 III等人，提出 真实地反映结构本身的固有特征、边界条件及环境 美国Sandia国家实验室的James Excitation 载荷特性，与主动控制、系统监测和设备健康诊断等 了Natural 工程应用直接相关。所以，特别期望使用工况模态分 要特点是利用结构在环境激励下的响应的相关函数 析技术而不是传统方法来真正获得运行条件下的特 进行工况模态识别。通过研究多点理想自噪声激励 征参数。该项技术已被视为对传统方法的挑战、创新 下结构的响应信号间的自(Ni)相关函数，证明相关 和超越，可望引起对模态分析理论及应用的全面推 函数可以表征为一系列衰减的正弦函数的线性叠 动。在美国应用力学学会(SEM)主办的国际模态分加。在相关函数中，每个衰减的正弦函数都对应于某 析年会(IMAC)上，大约从1995年至今，每届都有大阶结构模态，具有相同的固有频率和对应的阻尼系 量的文献和成果发表，已成为结构动力学参数辨识 数。与结构的脉冲响应函数仅仅相差一个位置的常 研究前沿。