纯模态试验中快速适调激振力的方法与流程

本发明涉及所有的纯模态试验中适调激振力的过程，尤其涉及一种纯模态试验中快速适调激振力的方法。
背景技术：
：目前纯模态试验中适调激振力的主要理论和方法有如下几种。第一种阿舍法:激振力的个数等于所研究的系统的有效自由度的个数，且系统的阻尼是非对角型的。其缺点是如果通过阿舍法计算激振力，则激振点的个数必须等于测量相应点的个数。通常，相应点的数目远远超过激振点的数目，并且在许多点上的振型值和激振点上的振型值有相同的数量级。这样光用激振点上测量的响应数据(通常采用激振点上测得响应数据)来求得频响函数，并由得到的“固有频率”不是系统真正的固有频率。由于此方法在实践中很难实现，所以大型试验中不用此方法。第二种方法为戴克法，其调力的判据是，当激振力完全适调时，则剩余函数等于零，它反映了非共振模态对共振模态的影响程度。试验时，让试件处于模态频率下激振，保持一个力为常数，改变另一个激振力的大小，看剩余函数的变化。但由于其需要反复测量修改，所以调节激振力的速度太慢，试验周期加长；当系统的振动状态越接近纯模态时，变化越小，计算机难以分辨，特别是阻尼大的结构系统。第三种方法是靠操作人员的经验，对激振器数量和位置进行判断，然后根据反馈的试验结果对激振力大小进行微调，该方法为工程中普遍用法，但是此方法对操作人员的要求较高，且试验过程长。以上几种方法，不仅所需的激振器较多，调力时间长，试验过程复杂之外，还对操作人员的经验有一定的依耐性。技术实现要素：为了克服现有技术所存在的问题，本发明旨在提供一种精度较高、快速寻找激振点的位置、数量和以及计算激振力的纯模态试验中快速适调激振力方法。本发明提供了纯模态试验中快速适调激振力的方法，该方法首先对被试结构进行正弦扫频，通过对频率响应函数拟合得到初步的模态振型和模态频率；再根据要适调模态附近的模态分布，由密集模态数确定激振器数目；由激振力、模态振型与模态力的关系，建立模态力满足的方程组；令非适调模态的模态力为零，适调模态的模态力不为零，从而得到使指示函数最大的一组激振力分布。在进行模态力计算时，仅考虑与所述被激发的模态相近的模态。所述的利用频响函数拟合得到模态振型和模态频率过程中，采用正交多项式代替所述频频率响应数表达式中的幂多项式，大致得出被试结构的固有频率和固有振型。所述频率响应函数具体为：φir：第r阶激励下的第i阶的振型；φjr为第r阶激励下的第j阶的振型；Kr：对角化后的刚度矩阵；Mr：对角化后的质量矩阵；Cr：对角化后的阻尼矩阵；ω：各阶模态频率；ωr：第r阶模态频率；ζr：第r阶阻尼比；所述模态力由以下公式得出：设：{x(t)}＝[Φ]{q(t)}其中{q(t)}为模态坐标，为激振力分布；将此式带入振动微分方程:m为质量矩阵，c为阻尼矩阵，k为刚度矩阵，x(t)和f(t)分别为系统的位移向量和激振力向量；并左乘[Φ]T，可得解耦后的模态坐标下的振动微分方程其中Fr＝{φr}T{f(t)},为作用在第r阶模态坐标下的激振力。式中，Kr为对角化后的刚度矩阵；Mr为对角化后的质量矩阵；Cr为对角化后的阻尼矩阵。所述对所述模态力大小进行调整，得到使指示函数最大的一组激振力具体为：要激出单一的第r阶模态，需有:Fs＝0，s≠r；Fs≠0，s＝r既有对于有m阶模态频率非常接近，需用m个激振器施加m个激振力，当想要激发第r阶模态，则s+1，s+2，…，s+m这m阶模态力要满足下列方程：……解上述方程得即为所求的激振力。式中，φi1r为第r阶激励下的第i1点的振型；为第i1点的激振力。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明纯模态试验中快速适调激振力的方法，能够快速寻找到激振点的位置和数量，并且给出了激振力分布的计算方法，减少了试验的成本和时间，减轻了对操作人员经验的依赖性同时保证高纯度。附图说明图1为采用本发明提供的纯模态试验中快速适调激振力的方法的仿真实验中采用的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：在对纯模态试验中适调激振力的研究中，频响函数的表达式如下：从此式可以看出，当某阶模态频率远离激振频率时，该阶模态在频响函数中的分母就会很大，即该阶模态对振动大小的贡献会很小。当某结构的各阶固有频率中有若干阶频率靠的比较近，其余模态频率与这若干阶频率离得比较远时，由频响函数表达式我们可以推断靠近的这几阶频率的模态相互影响较大，而其余离得比较远的频率的模态对这几阶的模态影响较少，所以在小阻尼多自由度系统下要适调某阶模态只需考虑频率与其相近的模态的影响，其它模态可以不做考虑。而在大阻尼系统下，则还需要额外考虑相邻大阻尼模态对其产生的影响。具体的说，纯模态试验中快速适调激振力的方法，该方法首先对被试结构进行正弦扫频，通过对频率响应函数拟合得到初步的模态振型和模态频率；再根据要适调模态附近的模态分布，由密集模态数确定激振器数目；由激振力、模态振型与模态力的关系，建立模态力满足的方程组；令非适调模态的模态力为零，适调模态的模态力不为零，从而得到使指示函数最大的一组激振力分布。在进行模态力计算时，仅考虑与所述适调模态相近的模态。所述的利用频响函数拟合得到模态振型和模态频率过程中，采用正交多项式代替所述频频率响应数表达式中的幂多项式，大致得出被试结构的固有频率和固有振型。所述频率响应函数具体为：φir为第r阶激励下的第i阶的振型；φjr为第r阶激励下的第j阶的振型；Kr为对角化后的刚度矩阵；Mr为对角化后的质量矩阵；Cr为对角化后的阻尼矩阵；ω为各阶模态频率；ωr为第r阶模态频率；ζr为第r阶阻尼比。所述模态力由以下公式得出：设：{x(t)}＝[Φ]{q(t)}其中{q(t)}为模态坐标，为激振力分布；将此式带入振动微分方程，并左乘[Φ]T，可得解耦后的模态坐标下的振动微分方程其中Fr＝{φrr}T{f(t)},为作用在第r阶模态坐标下的激振力；式中，Kr为对角化后的刚度矩阵；Mr为对角化后的质量矩阵；Cr为对角化后的阻尼矩阵。所述对所述模态力大小进行调整，得到使指示函数最大的一组激振力具体为：要激出单一的第r阶模态，需有:Fs＝0，s≠r；Fs≠0，s＝r既有对于有m阶模态频率非常接近，需用m个激振器施加m个激振力，当想要激发第r阶模态，则s+1，s+2，…，s+m这m阶模态力要满足下列方程：……解上述方程得即为所求的激振力；式中，为第r阶激励下的第i1点的振型；为第i1点的激振力。实施例如图1所示，该双U型梁材料为钢，材料特性：密度为7.85g/cm3；弹性模量为210GPa；泊松比为0.31。其总长度为1800mm，高度为170mm，厚度为100mm以及宽度为10mm。共布置26个测点，如图所示。下面是双U型梁系统仿真实验，利用本专利所提出的方法得到的结果。利用patran进行模态分析，因为前六阶为刚体模态，所以我们对得到前十阶的弯曲固有模态进行激振力的计算:表1前十阶弯曲模态激振力分布与指示函数模态阶次12345678910模态频率Hz47.5349.7564.59101.33126.20168.80193.71241.74270.43308.00指示函数T0.990.980.950.970.910.970.910.930.970.93激励力118.26-6.60-0.67490.13-0.115218.2612.1210.30-0.2641-15.32激励力27.3618.50-0.003714.50-1.43447.3613.59-13.361-9.75激励力3\\1\1\\\-0.7177\激振点11111111111激振点2131313138131313713激振点3\\2\7\\\13\可以看到利用该方法，在这个试验中我们只需要2，3个激振器，计算激振力的过程也很简单，同时得到的指示函数很大，表明试验获得的纯度也很大。同时归一化之后的适调振型与理论振型基本一致，归一化之后的质量矩阵除对角线外的元素也基本都为零。当前第1页1 2 3