自由—自由结构模态试验中附加影响的消除方法

在宇航结构模态试验中需要模拟自由-自由边界条件,但在某些情况下,结构的悬挂或支承条件等的附加影响会导致模态参数产生不可忽略的改变。本文研究从试验模态数据中消除这些附加影响的方法,给出了两种获得自由-自由结构模态的修正方法。     

从约束试验提取阻尼自由结构主模态

对于大型自由结构,如大型运载器,要实现自由状态下的模态试验是愈来愈困难了。为此,人们被迫只好对这类结构进行约束状态下的模态试验。这样就要求从约束状态试验所测得的数据中提取到原自由状态下的试验模态参数。本文针对这个问题提出了一种“提取方法”。数值模拟结果表明,该方法的精度相当满意,不论是无阻尼,还是考虑有阻尼的情况,都可以获得工程上满意的结果。     

从自由试验提取阻尼约束结构主模态

本文发展了一种利用自由试验提取阻尼约束结构复模态的可行方法。然后利用现有技术，又由提取的复模态辨识出工程中常用的主模态。本文采用了两种阻尼模型：瑞利阻尼和粘性阻尼。针对此两阻尼模型建立的提取约束结构复模态的两支配特征方程的精度是良好的。即使当所要求提取的约束结构模态的频率范围大于自由结构的试验频段，也能获得满意的结果。     

从自由试验提取边界具有弹性支承的约束结构模态

作者曾对“从自由试验提取约束结构模态”所提出的动柔度法，仅适用于刚性支承情况。在工程中，弹性支承状态是常见的，为此，本文重新建立了这一情况下，约束结构试验模态的提取方法。该方法具有普遍性，因为当支承刚度很大时，由本文方法可得到刚性支承下的结果；当支承刚度很小时，便可获得工程中用橡皮绳悬吊结构后所测得的自由－自由试验模态；当支承刚度为零时，本方法可提取到纯粹的自由－自由模态。总之，当支承刚度为任何值时，本方法都能提取到相应约束结构的满意试验模态参数。这些表明本文算法是非常的稳定，这一点对于工程应用是至关重要的。     

从自由试验提取具有弹性支承的阻尼约束结构的主模态

作者已对边界固持(即刚性支承)的无阻尼和有阻尼的约束结构，从自由试验提取其实模态和主模态的方法进行过系统的研究，同时，对于具有弹性支承的无阻尼约束结构模态的提取，也建立了一种可行的方法。这些方法和技术途径都取得了良好的结果，仅剩下具有弹性支承的阻尼约束结构主模态的提取方法尚无。对此，本文企图建立一种工程中可行而实用的方法。在该方法中，阻尼分为瑞利阻尼和粘性阻尼两种模型，这样，可以根据不同结构选用不同阻尼模型下的提取方法。数值模拟结果表明，本文建立的方法虽然不像以前无阻尼下的类似方法那样，具有普遍性，即取任何支承刚度(可以很大或很小)都可获得满意结果。不过，对于工程中常见的支承刚度比结构刚度大或等量级的实际情况，本文方法是能取得满意结果的。这表明，本文方法已基本满足工程要求了。     

未来大型复杂结构分析模型与试验状态的展望——模型修正与模态综合技术的发展

本文在评述动力模型修正与识别、模态综合技术现状和发展趋势的基础上,对未来大型复杂结构(如背携航天飞机的大型捆绑系统和“岛屿式”的空间站等)的分析模型和试验状态进行了初步展望。预言几十年内可能突破“建模错误诊断术”和“用部件试验代替全结构试验”等高难度技术。同时,作者在本文中提出了某些研究途径供读者参考。     

从自由试验提取约束结构模态之动柔度法的改进

本文针对一种“从自由结构试验提取约束结构试验模态的动柔度法”，在遇到ω≈λh,s和ω＞λh,k 1两特殊情况下将无效的问题，提出了有效的对策，这种“对策”就是作者曾提出的“混合移频”技术辅以“逐个移频”步骤，最终发现，不仅对于两种“特殊情况”，本文方法是行之有效的，就是对于“一般情况”，采用本文改进方法也优于原有的方法。     

ITD时域识别法和自由振动信息综合

研究了动力系统模态参数的ITD(Ibrahim Time Domain)识别法原理,指出它的实质在于自由振动函数列阵u(t)按模式以最小二乘拟合矩阵A和B。讨论了以虚拟站扩展有效测量站和设置过量待识别模态吸收测量噪声的细节。 提出了自由振动信息综合的概念。指出:在测量站位置和数量一定的条件下,不同来源的位移、速度和加速度自由振动时间历程或它们的时移后的时间历程的线性组合,都可以作为一个供识别计算用的“自由振动”。这样,在一次识别计算中,将可以充分利用手头有的一次或多次实测数椐,使模态参数识别更完全或提高信噪比。重点研究了一次自由振动数据的综合:自由振动信息随机减量,并提出设置一个新的用户选择参数NRNDEC(Number of Random Decrement Times)——随机减量次数。 提出了两种检验识别得的模态参数可靠性的方案:1.在实测自由振动信息中混入若干个人为的“检验模态”;2.模态分量因子识别和自由振动预计。前者是把计算机模拟识别试验成果用于实际识别的桥梁,很简单,但很直观,很有效。     

基础激励结构的试验模态分析

阐述了基础激励结构的试验模态分析理论和原理,引进了结构响应和界面力方程。给出了结构约束状态和自由状态下的结构响应与基础激励之间的关系式。讨论了界面力的直接和间接测量方法。用一个四自由度集中参数模型对两种方法进行了原理性试验验证。     

从约束试验数据提取自由结构模态参数

本文为“从约束试验数据提取自由结构模态参数”提出了一个有力的方法。它仍以试验信息与理论信息相结合为基础，但它不像某些方法依赖理论信息过多，造成工程应用中的误差可能较大；同时，它又不像另一些方法依赖试验信息过多，从而导致方法在工程中实施起来异常困难。数值模拟表明，本文方法是可行的。     

半自由声场和混响声场等效转换方法研究

从结构振动场和声场之间的关系出发,计算声激励下的结构响应;通过分析混响声场和半自由声场的基本特性,用试验法获得了声激励下结构模态和不同声场的空间相关系数,利用广义载荷响应等效理论,给出了典型结构在不同声场转换关系下的等效转换关系。     

动力响应问题的状态空间法

本文对已知外载荷具有粘性阻尼的线性系统,提出了分析动力响应的状态空间法,用这个方法可以由结构的自由振动建立离散结构的状态方程,并求出在给定载荷下的动力响应。为了校验,由状态方程的系数矩阵求出了简支梁的动力特性参数,并与之作了比较。再用状态空间法求得的位移、速度响应与用模态叠加法求得的相应的响应作了比较。两者间的差别很小。最后,讨论了状态空间法的一些特点。     

动力模型修正之最简摄动法的一种特定公式

本文对结构动力分析模型的修正法之一——仅基于正交性条件的矩阵摄动法(简称为“最简摄动法”),给出了一种在非完备测量模态下也实用的简单公式。     

获取约束边界结构有效模态质量的一种方法——广义模态约束反力法

在力限振动试验复杂TDFS方法研究中,提出了一种带约束边界结构有效模态质量的获取方法—广义模态约束反力法。针对具有约束边界的结构,从其整体分块动力学方程出发,对其进行了详细理论推导,获得由各阶模态频率及对应的广义约束反力来计算各阶有效模态质量的理论方法。最终通过一端约束的悬臂梁的有限元计算结果说明了该方法的有效性。     

加框圆柱形簿壳的模态计算与试验结果分析

利用大型结构分析系统NASTRAN和微机自动力分析程序PAL2计算了自由-自由中长加框薄完的动力特性,并用DAS数据采集和处理系统对壳体进行了模态试验。结果表明：前30阶的理论计算结果和试验测量结果的一致性是令人满意的。     

利用约束试验提取自由结构模态参数的方法综述

对试验边界条件转换的一类子问题——从约束试验数据提取自由结构模态参数的理论方法进行了归纳、总结和评述，讨论各个方法的优缺点及其适用性，并对该领域仍然存在的问题和今后的工作重点进行了展望。     

航天结构动力学模型修正方法研究

为了得到准确表征航天结构动特性的数值模型,需要有合理的建模方法、可靠的试验数据和高效的模型修正方法。本文研究了获得高精度动特性模型的系统方法,构建了建模-预试验-试验结果评估-模型修正的技术链;提出了弱连接结构的刚度模拟方法;对比了预试验技术的优缺点,得到了模态结果评估的一般策略;研究了基于智能算法的多状态模型修正技术,提出了基于静挠度和模态弯矩的模型修正方法,并综合分层修正思想,形成了单状态-多状态协同修正方法,成功应用于航天飞行器动特性模型修正。     

自由飞模型在低雷诺数时舵偏角的模拟与修正

由于自由飞模型的试验雷诺数较低而产生了尺度效应,为探论某种四发水上飞机自由飞模型升降舵偏角的模拟和修正,本文叙述了该尾翼的风洞试验,并加以分析比较,初步得出多种模型与预测的舵偏角之间的舵偏等效线,以便在试验和预测中选用。这种试验方法和结果对其它形式的模型试验也有一定的参考价值。     

有效载荷约束边界的试验模态分析

深入研究了火箭有效载荷约束边界模态分析的运动基础试验方法,提出了载体运动基础激励试验模态分析方法,发现基于频响比的传递矩阵估计的多维振动台基础激励试验模态分析有明显优点。典型有效载荷物理试验结果表明六自由度运动基础激励与有效载荷使用状态一致,基础运动矢量加速度的变化明显反映出结构模态频率和阻尼比的非线性特征。     

自由界面子结构综合法的误差及其克服措施

本文对自由界面子结构综合法实施过程中出现的误差作了分析,并基于不增加计算复杂性而引入约束模态或附着模态的原则,提出了克服误差的措施。这些措施使方法本身得到更新,因而获得较满意的综合精度,同时还保留了原方法比较简便的优点。