本文選題：實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析 + 工作模態(tài)分析�。� 參考：《太原理工大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等為代表的信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程的各個(gè)領(lǐng)域,使得機(jī)電產(chǎn)品發(fā)生了重大變化。當(dāng)然,這些變化也包括為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供支撐的機(jī)械學(xué)科理論與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái),上述研究取得了一系列重要成果,這些成果在機(jī)電產(chǎn)品的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用。根據(jù)系統(tǒng)辨識(shí)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的基本原理以及相應(yīng)的試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析(EMA)與工作模態(tài)分析(OMA)技術(shù)取得長(zhǎng)足的發(fā)展,從而幫助設(shè)計(jì)人員根據(jù)辨識(shí)模型更好地領(lǐng)悟?qū)ο髾C(jī)理,并將這些機(jī)理應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì),有力地促進(jìn)產(chǎn)品的原創(chuàng)性開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì),并不斷地?cái)U(kuò)大它的應(yīng)用領(lǐng)域。 近年來(lái)工作模態(tài)分析在機(jī)械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)以及運(yùn)行監(jiān)測(cè)與故障診斷等方面獲得廣泛應(yīng)用,在應(yīng)用中也暴露出這些方法存在的問(wèn)題與缺點(diǎn),必須解決這些問(wèn)題才能使這種方法得到有效的工業(yè)應(yīng)用。本文研究適用于大型機(jī)械裝備與結(jié)構(gòu)的工作模態(tài)分析以及消除現(xiàn)有工作模態(tài)分析某些缺點(diǎn)的方法。研究的目的是：減少模態(tài)試驗(yàn)時(shí)間；允許最大限度地利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)；減少分析的復(fù)雜性,可以較容易地處理數(shù)據(jù)；適用于大型機(jī)械結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)存在的大量的傳感器、大阻尼、帶噪聲數(shù)據(jù)、短的數(shù)據(jù)記錄等情況；提高模態(tài)參數(shù)估計(jì)精度。為了達(dá)到上述目的,作者從模態(tài)試驗(yàn)與模態(tài)參數(shù)估計(jì)方法兩方面入手解決工作模態(tài)分析的有關(guān)問(wèn)題,取得了重要成果,并成功應(yīng)用于大型工業(yè)裝備。 本文回顧了模態(tài)分析的基本理論與方法,包括實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析(EMA)、工作模態(tài)分析(OMA)以及有外加輸入的模態(tài)分析方法(OMAX)。在OMAX架構(gòu)中討論了確定性貢獻(xiàn)的頻響函數(shù)估計(jì)和隨機(jī)貢獻(xiàn)的正功率譜估計(jì)。在此基礎(chǔ)上指出這些方法的局限與缺點(diǎn),作為展開(kāi)本文研究的背景。 提出了一種基于循環(huán)倒譜的工作模態(tài)分析方法。該方法解除了輸入信號(hào)為白噪聲的假設(shè),提高了模態(tài)參數(shù)的辨識(shí)精度。使用循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)的處理技術(shù)來(lái)分離響應(yīng)中由于循環(huán)平穩(wěn)輸入信號(hào)引起的成分,非常有效地將多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)降低為單輸入多輸出(SIMO)系統(tǒng),在倒譜域進(jìn)行曲線擬合,將輸入和傳遞函數(shù)分離開(kāi),識(shí)別出系統(tǒng)的諧振和反諧振,進(jìn)而得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。通過(guò)鋼梁試驗(yàn)對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證,并與EMA分析結(jié)果進(jìn)行比較。在這個(gè)試驗(yàn)中,精確估計(jì)了諧振頻率和振型,并且通過(guò)增加平均次數(shù)來(lái)降低估計(jì)的不精確性。 為了解決當(dāng)輸入激勵(lì)不是白噪聲時(shí)OMA過(guò)程中尺度丟失的問(wèn)題,本文提出一種恢復(fù)模態(tài)振型之間的相對(duì)比例(尺度)和所有模態(tài)振型的全局比例(尺度)的簡(jiǎn)單方法,該方法建立在循環(huán)倒譜的基礎(chǔ)之上。這種方法包括通過(guò)響應(yīng)譜識(shí)別諧振與反諧振,并用以有限元模型。然后,通過(guò)有限元模型得到等效曲線,從而恢復(fù)頻率響應(yīng)函數(shù)的尺度。 針對(duì)大型機(jī)械結(jié)構(gòu)常常出現(xiàn)的由于工作或環(huán)境激勵(lì)的頻帶較窄,致使工作模態(tài)過(guò)程中丟失模態(tài)以及計(jì)算速度慢等問(wèn)題,提出準(zhǔn)工作模態(tài)分析方法,即在大結(jié)構(gòu)的部分區(qū)域結(jié)合使用可測(cè)量激勵(lì)力(類(lèi)似于實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析)的外加局部輔助激勵(lì)輸入的工作模態(tài)分析方法,并提出了適合于準(zhǔn)工作模態(tài)的基于參考的確定性隨機(jī)子空間混合辨識(shí)算法,提高了模態(tài)辨識(shí)的精度和速度。 為驗(yàn)證基于參考的確定性隨機(jī)的準(zhǔn)工作模態(tài)分析方法,將其應(yīng)用于工業(yè)振動(dòng)篩工作模態(tài)的綜合分析,精確地辨識(shí)了振動(dòng)篩的模態(tài)參數(shù),得到很好的效果,證明了該方法的魯棒性與可靠性。
[Abstract]:Information technology, such as computer technology, network technology, communication technology and so on, is widely used in various fields of mechanical engineering, making great changes in mechanical and electrical products. Of course, these changes also include the development of mechanical theory and application technology that support the design of products. In recent years, the above research has obtained a series of research. These achievements play an important role in the innovative development and design of mechanical and electrical products. According to the basic principles of system identification and structural dynamics and the development of experimental modality analysis (EMA) and work mode analysis (OMA) technology developed by the corresponding test technology, the development of the experimental mode analysis (OMA) technology is made to help the designers to be based on the identification model. It understands the mechanism of the object better, and applies these mechanisms to product design, promotes the original development and design of the product, and expands its application field.
In recent years, the work modal analysis has been widely used in the dynamic analysis and design of mechanical systems and structures as well as operation monitoring and fault diagnosis. The problems and shortcomings of these methods have been exposed in the application. These problems must be solved to make this method get effective industrial application. This paper is applied to large scale in this paper. Working mode analysis of mechanical equipment and structure and methods to eliminate some shortcomings of existing working mode analysis. The purpose of this study is to reduce modal test time, allow maximum use of test data, reduce the complexity of the analysis, and can easily handle data; suitable for large mechanical structural modal tests. In order to achieve the above purpose, the author solved the related problems of working modal analysis from two aspects of modal test and modal parameter estimation method to achieve the above purpose, and successfully applied it to large industrial equipment.
This paper reviews the basic theory and methods of modal analysis, including experimental modal analysis (EMA), working mode analysis (OMA) and modal analysis method (OMAX) with additional input. The estimation of the frequency response function of the deterministic contribution and the positive work rate spectrum estimation of the deterministic contribution are discussed in the OMAX framework. The limitations of these methods are pointed out on this basis. The shortcoming is the background of this study.
A working mode analysis method based on cyclic cepstrum is proposed. This method relieves the assumption that the input signal is white noise and improves the identification precision of the modal parameters. Using the processing technique of cyclostationary signal to separate the components caused by the cyclostationary input signal in the response, it is very effective to use the multi input and multi output (MIMO) system. The system is reduced to a single input and multiple output (SIMO) system, the curve fitting is carried out in the cepstrum domain, the input and transfer functions are separated, the resonance and anti resonance of the system are identified, and the transfer function of the system is obtained. The method is verified by the steel beam test and compared with the result of the EMA analysis. In this experiment, the resonant frequency is accurately estimated. Rate and mode of vibration, and increase the average number of times to reduce the estimation accuracy.
In order to solve the problem of scale loss in the OMA process when the input excitation is not white noise, a simple method is proposed to restore the relative proportion (scale) and the global proportionality (scale) of all modal modes. This method is based on the cyclic cepstrum. This method includes the recognition of resonance and the resonance of the response spectrum. Then, the equivalent curve is obtained through the finite element model, thus restoring the scale of the frequency response function.
In view of the narrow frequency band of the working or environmental excitation that often occurs in large mechanical structures, resulting in the loss of mode and the slow calculation speed in the working mode process, a quasi working mode analysis method is proposed, which combines the applied local auxiliary excitation of the measurable excitation force (similar to the experimental modal analysis) in the part of the large structure. The working mode analysis method of excitation input is proposed, and a reference based deterministic stochastic subspace identification algorithm is proposed for the quasi working mode, which improves the accuracy and speed of modal identification.
In order to verify the deterministic and random quasi working modal analysis method based on the reference, it is applied to the comprehensive analysis of the working mode of the industrial vibrating screen, and the modal parameters of the vibrating screen are identified accurately, and the good results are obtained, and the robustness and reliability of the method are proved.
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TH113

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本文編號(hào)：1978170