机械结构试验模态分析系统设计

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1、机械结构试验模态分析系统设计重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：焦恒昌指导教师：汤宝平教授专业：机械电子工程学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一五年四月TheDesignofExperimentalModalAnalysisSystemforMechanicalStructureAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringBy

2、JiaoHengchangSupervisedbyProf.TangBaopingSpecialty:MechatronicsEngineeringCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要试验模态分析是建立在已知系统输入输出的基础上，对这两者进行数学处理而得到系统频率响应函数或者脉冲响应函数，通过模态参数识别方法获得系统模态参数。试验模态分析具有较好的可控性、良好的测试重复性、较高

3、的模态参数识别精度和可靠性，在结构设计修改、损伤识别等方面具有重要作用和广泛应用。因此开发模态参数识别精度高、操作高效快捷的结构试验模态分析系统是工程上研究的重要课题之一。本文对试验模态原理进行深入研究，对多参考最小二乘复频域法进行算法改进，提出加权的多参考最小二乘复频域法。针对算法中数据基础的频响函数易受噪声干扰的问题，提出了以相干函数为加权参考的加权频响函数代替以往的平均频响函数函数，以频响函数方差为加权参考的加权最小二乘目标函数，增强频响函数的质量，提高了参数识别精度；提出了基于稳定图分组加权的

4、最优结构模态自动识别，根据据稳定图中计算模态的频率、阻尼比、模态振型等计算各个计算模态分值分组，拾取基于模态分值最高的稳定模态，提高了筛选效率，降低人为主观因素对稳定模态选择的影响，更加准确提取结构物理模态。搭建机械结构试验模态分析系统实验平台，并对试验模态分析系统进行软件设计。对试验模态分析平台的搭建基于有线采集和无线传感器网络采集两种方式进行硬件选型；根据机械结构试验模态分析的实际需求，对模态分析系统软件进行总体和功能模块设计。设计了通用的数据二维显示器、结构模型三维显示器、稳定图显示器以及各功能

5、模块：结构建模、数据采集、数据处理与选择、模态识别、模态验证和振型动画等。根据信号分析原理、试验具体要求、工程应用经验等多方面进行综合考量，设计出符合模态分析原理、满足试验要求、提供经验参考数值且人机交互友好、界面美观的试验模态分析系统。使用本文开发的试验模态分析系统，采用基于有线采集和基于无线传感器网络采集两种方式进行框架结构试验模态分析。通过测试平台搭建、结构建模、数据采集、数据处理、模态识别、模态验证和振型动画完整的试验模态分析流程识别结构模态参数，并与LMS模态分析系统识别结果对比分析。结果表

6、明本系统能有效识别出结构的模态参数，并具有较高的识别精度和识别效率，验证了本系统利用有线和无线传感器网络进行试验模态分析的正确性与工程应用的可行性。最后对论文的工作进行了总结，并对工作模态分析技术研究进行了展望。关键词：试验模态分析，模态参数，自动识别，无线传感器网络，软件研发I英文摘要ABSTRACTExperimentalmodalanalysisisbasedontheknownsystem,andgetthesystemfrequencyresponsefunctionorimpulseres

7、ponsefunctiononthebasisofmathematicalprocessingbetweentheinputandoutputdata,thenobtainthemodalparametersofthesystemthroughthemodalparameteridentificationmethod.Experimentalmodalanalysishasgoodcontrollability,goodtestingrepeatability,highmodalparameterid

8、entificationprecisionandreliability.Thusitplaysanimportantroleandawiderangeofapplicationsonstructuredesignmodification,damageidentification.Therefore,designedwithhighstructuralmodalidentificationprecision,highefficiencyandfastexp