实验模态分析方法与应用概论.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 4. 别克副车架结构动态设计 * 副车架设计目标：经过合理的动态设计，安放发动机的部位正好和振型的节点重合，既保护了发动机，又避免了发动机工作引起的车身振动，产品动态特性达到要求。 试验过程：用DH5920动态信号测试分析系统，DH107压电加速度传感器，5000N力锤；DHDAS基本控制分析软件获得响应信号，用DHMA实验模态分析软件提取模态数据。 * 其他工程应用实例 太空 工业 Inputs Responses F4 F3 F2 F1 激励 响应 振动测试系统 * 飞机模态分析 模型包括：发动机、起落装置等 飞机振动测试 Low frequency: 0 … 20… 40 Hz 50 orders, 250 DOF Model Validation updating Flutter prediction * 气动弹性问题（颤振） 频率 (Hz) 阻尼 (%) Airspeed (kts) * 飞机有限元模型修正 FEM 振动测试 FEM GVT GVT FEM 特征频率相关性 振形相关性 (MAC) Courtesy H. Schaak, Airbus France + 5% - 5% * 结构动力学修改 问题的提出 1. 有限元（参数）模型正确吗？精确吗？如何根据模态试验结果来修正有限元模型？使得修正后的有限元模型更精确！现在更流行的说法称此过程为模型的修改与确认（Model Modification and validation）。 2. 结构做了局部修改后，在原结构模态参数已知的情况下，能否用快速简易的方法获得改动后结构的模态参数？即所谓结构重分析问题。怎样修改结构参数使得它的动力特性满足设定要求？ 解决问题思路： 根据系统某些动态特性（如频率、振型）的要求（对计算模型的动态修改就是实测获得的频率、振型等），对已有系统施加一定约束（例如希望保持刚度和质量矩阵的对称性）、给一定目标（如前几阶频率、振型误差最小）的修改。从原理上看，这是一个有约束的结构优化设计问题。基本思路见下流程图。 * 物理模型/图纸模型 初次有限元建模 计算试验设计 有限元计算仿真 建立响应面模型 响应特征抽取 确认试验设计 确认试验 计算/试验相关分析 不确定性分析量化 仿真预报与模型确认 模型校准 * 2. 利用摄动等方法，根据灵敏度分析与基函数修正结果寻求简捷途径，缩小解题规模。快速简易获得新结构的模态参数。 新近我们针对自由度大变化的结构大修改，提出了一种基于改进的动力缩聚和独立质量正交化处理以及瑞利－里兹法结合起来的动力学重分析新方法。该方法与完全再分析相比，能够大量减少计算量，且操作简单，易于实现。所提出的方法对于结构拓扑大修改能给出高精度的逼近结果。 * 方法 模态 精确方法 文献[2]的方法 相对误差(%) 我们的方法 相对误差(%) 1 7.08E4 7.08E4 4.76E-2 7.08E4 6.65E-3 2 1.25E5 1.28E5 2.15 1.25E5 1.66E-2 3 1.51E5 3.00E5 98.83 1.51E5 2.32E-3 4 1.14E6. 1.15E6 0.35 1.14E6 8.35E-2 5 4.61E6 5.18E6 12.32 4.70E6 1 .99 6 5.06E6 1.20E7 137.75 5.09E6 0.43 结构大修改重分析结果 * 3. 由所谓的灵敏度分析，在结构设计的动力学修改中，希望能找到一些 参数，它对系统的动力特性灵敏度较高，小的设计修改可较大地改变结构的模态参数。 机械结构动力学修改实例 利用频率灵敏度分析方法，对AUTHOR503型数控加工中心机床薄弱环节的主轴箱支撑架进行了动力修改。 根据模态实验的结果，此次修改以提高系统的一阶固有频率为目标。 由模态实验结果可知，该部件Y向的第一阶振动幅值最大，因此沿此方向进行摄动分析。 考虑到机床的实际结构，限定每个集中质量点的质量修改小于0.skg，每对相邻节点的刚度修改小于107N·m。结构参数修改后采用矩阵摄动法重新计算振型值，表l列出了修改位置、修改量及修改前后