【摘 要】
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多点正弦调谐模态试验是一种基于相位共振的模态试验方法,在模态参数辨识精确度和模态分辨能力上具有独特的优点,此方法已经成为确定、改进和优化结构动力学特性的一项关键技术,并广泛应用于大型航空航天结构。在多点正弦调谐模态试验中,由于无法完全达到相位共振,结构振动时的模态纯度不理想,获取的模态参数也存在一定的误差,这可以表示为试验辨识模态参数的不确定度。在国内外有关多点正弦调谐模态试验的研究中,阐述了多种
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多点正弦调谐模态试验是一种基于相位共振的模态试验方法,在模态参数辨识精确度和模态分辨能力上具有独特的优点,此方法已经成为确定、改进和优化结构动力学特性的一项关键技术,并广泛应用于大型航空航天结构。在多点正弦调谐模态试验中,由于无法完全达到相位共振,结构振动时的模态纯度不理想,获取的模态参数也存在一定的误差,这可以表示为试验辨识模态参数的不确定度。在国内外有关多点正弦调谐模态试验的研究中,阐述了多种评估模态纯度的方法,主要以模态指示函数(MIF)为代表,认为MIF值越理想,模态纯度越高,获取模态参数的不确定度越小。我国的航天行业标准中规定了MIF值大于0.7为模态纯度可接受范围,获取的模态参数可接受,MIF值大于0.9为纯共振,获取的模态参数优秀。但是关于试验辨识模态频率的误差如何确定,在目前国内外的相关研究中并没有理论根据和分析方法。本论文针对如何给出试验辨识模态频率误差的问题进行分析,主要研究内容如下:(1)基于多点正弦调谐模态试验的理论和方法,从MIF着手,在MIF值足够高的时候,结构振动接近相位共振,在此前提下,忽略剩余模态的微小影响,只考虑主导模态的贡献,分别对离散系统和连续系统,分析MIF值与模态参数之间的关系,推导得到MIF值与频率误差之间的解析关系,建立频率误差分析原理,提出频率误差分析方法,并说明阻尼比是影响频率误差的关键因素;(2)对多自由度系统进行仿真分析。针对前三阶模态,在不同的阻尼条件和不同的激振条件下分别进行仿真,在模态频率附近(满足模态纯度要求的频率范围内)引入频率误差,选取不同频率点作为激振频率进行激励,得到该工况下的MIF仿真值,并对仿真结果进行分析,仿真值与理论值吻合;(3)试验验证频率误差分析原理的正确性以及频率误差分析方法的可行性。以具有理论解的欧拉梁作为试验件,进行多点正弦调谐模态试验,在基准模态频率附近(满足模态纯度要求的频率范围之内)引入频率误差,选取不同位置的频率点,得到对应的MIF试验值。分析表明,试验值与理论值一致,很好地验证了原理的正确性以及方法的可行性;(4)将上述频率误差分析方法应用于某型号火箭的模态试验数据,得到了更精准的频率误差。在小阻尼条件下,频率误差小于规定值得到了较好的满足;在大阻尼条件下,存在频率误差超过规定值的情况,此时应增加激振点,完善和优化激振力,以此来减小频率误差使其不确定度满足规定要求。
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