模态分析-东方所-200912

模态分析的新进展模态分析的新进展2010.10北京东方振动和噪声技术研究所北京东方振动和噪声技术研究所DASP-MAS各种结构不同方法的模态集成解决方案东方所技术资料主内容DASP模态分析的新进展主要内容一、模态试验方法„EMAOMAMIMOSMAODS„EMA、OMA、MIMO、SMA、ODS„VTB（属于EMA）二模态参数识别新方法二、模态参数识别新方法„频域：PolyLSCF、EFDD、PPM、PZM„时域：SSI，ERA，Prony„时域：SSI，ERA，Prony三、模态校验四自动化模态分析四、自动化模态分析五、典型实例分析东方所技术资料模态分析的新进展一、模态试验集成解决方案EMA（包括SIMO、MISO）„锤击和激振器激励的模态试验，激励力可测OMA„环境激励和运行状态的模态试验，激励力不可测MIMO„多输入多输出的模态试验，大型结构，对称结构多输多输出的模态试验大型结构对称结构SMA„应变模态试验，应变和应力问题应变模态试验，应变和应力问题ODS„工作变形分析，工作状态的实际变形东方所技术资料工作变形分析，工作状态的实际变形DASP模态分析的新进展EMA特点„经典方法激励力可测„经典方法，激励力可测„获取完整的模态参数„SIMO，MISO„SIMO，MISO分析方法„基于频响的6种经典频域„基于频响的6种经典频域方法„PolyLSCF和ERAy„VTB东方所技术资料适合„环境激励如桥梁楼房等„环境激励，如桥梁、楼房等„运行状态，运行中的机械结构特点特点„仅有响应数据，没有激励数据„需要先进的分析方法„需要先进的分析方法„操作简单，安全方便„不影响正常运行„不影响正常运行„常常设置参考点进行分组测试东方所技术资料„结构庞大，一点激励能量不够„结构脆弱，不能施加太大的激励„对称性结构，具有重根模态DASP的MIMO„多激振器激励„多激振器激励„多点锤击激励„多参考点的环境激励东方所技术资料使用的方法(DASP)可以使用PlLSCFERASSI方法可以使用PolyLSCF、ERA、SSI方法东方所技术资料„应变模态分析„应变模态分析特点„研究应变和应力问题„研究应变和应力问题„对局部发生的结构特性改变更敏感改变更敏感东方所技术资料„工作状态下的变形分析„OperatingDeflectionShapepgp特点昀直接地显示结构工作状态下的实际变形„昀直接地显示结构工作状态下的实际变形东方所技术资料„按照时间历程互相关函数脉冲响应„按照时间历程、互相关函数、脉冲响应波形、自由衰减波形和响应波形的ODS„显示随时间的变形动画示随时间的变形动画基于频域的ODS„按照频响函数和互谱曲线的ODS按照频响函数和谱曲线的„显示某个频率下的变形动画东方所技术资料模态分析的新进展二、模态参数识别新方法频域„PolyLSCF、EFDD、PPM、PZM、VTB时域时域„SSI、ERA、Prony适合激励可测适合激励可测„PolyLSCF、ERA、VTB适合激励不可测适合激励不可测„PolyLSCF、ERA、SSI、Prony、EFDD、PPM、PZM传统（可被以上方法完全替代）„PPT峰值拾取法，非整体识别，精度差，基本不再使用„FDPI（频域参数直接识别）等东方所技术资料多参考点的昀小二乘复频域法„LSCF：多参考点的昀小二乘复频域法„Least-SquaresComplexFrequency-Domainmethod„国际昀新提出，国外称PolyMAXy„昀佳模态分析方法之一特点„采用离散时间频域模型，属于总体拟合法„快速递推的运算技巧，具有很多优点既适合锤击和激振器激励又适合环境激励模态„既适合锤击和激振器激励，又适合环境激励模态„支持MIMO，适合EMA和OMA东方所技术资料抗干扰能力强，稳态图清晰；2可进行宽频带分析，可任意选择分析频带，同时处可行宽频带可选择频带理多阶模态；3易于识别密集模态，能区分重根；4易于区分虚假模态；5采用快速算法，运算速度非常快；6具有多参考点形式要求选择合适的阶数，需要清晰的稳定图东方所技术资料„特征系统实现算法„特征系统实现算法„EingensystemRealizationAlgorithm„时域法，NASA昀先提出„时域法，NASA昀先提出„总体识别，支持MIMO，适合EMA和OMA模态试验方法„激励可测：从频响函数计算脉冲响应波形„激励可测：从频响函数计算脉冲响应波形„激励未知：随机减量法获取自由衰减波形东方所技术资料随机子空间参数识别方法„随机子空间参数识别方法„StochasticSubspaceIdentification时域法仅适合OMA„时域法，仅适合OMA„原理类似ERA，但使用互相关函数O中昀精确的方法„OMA中昀精确的方法东方所技术资料„支持OMA和MIMO„昀精确的OMA方法，总体识别能识别重根抗干扰能力强„能识别重根，抗干扰能力强缺点„Hankel矩阵的维数较难确定„特征方程的阶数需要确定„可能丢失模态或产生虚假模态„计算工作量大东方所技术资料的缺点多种办法„稳定图„多方法对比„对照有限元„模态校验„模态校验东方所技术资料增强型频域分解的方法„增强型频域分解的方法„EnhancedFrequencyDomainDecomposition属于频域方法适合OMA„属于频域方法，适合OMA优点„操作简单，可识别满足正交条件的密集模态缺点缺点„对于不满足正交条件密集模态，识别精度低东方所技术资料操作同峰值拾取法（PPT）样简单操作：同峰值拾取法（PPT）一样简单但通过奇异值分解，直接得到振型DASP中利用INV频率计得到精确频率和阻尼比DASP中利用INV频率计得到精确频率和阻尼比东方所技术资料多项式功率谱方法„多项式功率谱方法„PolynomialPowerSpectrumMethod东方所独创„东方所独创，发表于IMAC-XXIV,2006特点„精度优于EFDD，可识别密集模态参数„仅有自功率谱，可进行模态频率阻尼分析„可以分频段进行拟合分析东方所技术资料分段模态拟合，提高计算精度东方所技术资料变换方法„功率谱Z变换方法„PowerSpectrumZTransformMethod东方所独创„东方所独创，发表于IMAC-XXIV,2006特点„与PPM类似的原理和特点„但使用离散Z变换„具有类似PolyLSCF的快速算法„对整频段同时拟合效果同样很好东方所技术资料„昀精确，易产生虚假模态，不同分析参数影响结果好坏PolyLSCF„快速，缺点类似SSIPZMPZM„类似PolyLSCF，可以使用自功率谱EFDDEFDD„操作简单方便，识别非正交密集模态能力差PPMPPM„和EFDD一样简单，采用分段拟合精度高于EFDD东方所技术资料(变时基)VTB变时基锤击激励模态„变时基锤击激励模态„Varied-Time-Base东方所专利技术„东方所专利技术特点„结合DFC型高弹性聚能力锤„适合大型低频结构的锤击激励试验东方所技术资料解决的问题大型低频结构锤击试验„相比OMA可以获取完整的模态参数采样频率设的盾1采样频率设置的矛盾„激励力为脉冲，需要高采样频率„响应为低频信号，需要低采样频率„响应为低频信号，需要低采样频率2需要很大的激励力移动发射平台东方所技术资料弹性聚能力锤„增大激励力-可达20T„增大激励力-可达20T„延长激励时间--能量集中于低频VTB传函计算VTB传函计算„激励和响应采用不同的采样频率„使用VTB传函细化计算方法„使用VTB传函细化计算方法典型实例„750吨神舟飞船发射平台„750吨神舟飞船发射平台„乌海黄河铁路桥„航天员超重训练机大型港口机械东方所技术资料„大型港口机械……模态校验DASP模态分析的新进展三、模态校验MAC„振型相关矩阵„稳定图中的MACŠ模态指示函数Š综合和实测FRF对比Š多方法校核东方所技术资料模态分析的新进展四、自动化模态分析发展趋势-自动化MIIMII„ModalImportantIndex„模态重要性指示函数发表于IMACXXV2007„发表于IMAC-XXV,2007DASP-ERA„快速自动化分析„快速自动化分析„精确自动化分析„半自动一键求模态东方所技术资料模态分析的新进展五、典型模态分析实例激励力可测„汽车、工程机械、发动机、卫星等„变时基法测量大型结构Š铁路桥、飞船发射平台、超重训练机等激励力不可测激励力不可测„桥梁、楼房、井架等„运行中的机车东方所技术资料(EMA-火箭发动机,卫星,雷达)东方所技术资料(EMA-汽车,工程机械)东方所技术资料实