模态分析-东方所-200706.ppt

1、东方所技术资料,1,模态分析的新进展 2007.06,北京东方振动和噪声技术研究所,DASP-MAS 各种结构不同方法的模态集成解决方案,ver1.0,2007.06.01,东方所技术资料,2,主要内容,一、模态试验方法 EMA、OMA、MIMO、SMA、ODS VTB（属于EMA） 二、模态参数识别新方法 频域：PolyLSCF、EFDD、PPM、PZM 时域：SSI，ERA，Prony 三、模态校验 四、自动化模态分析 五、典型实例分析,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,3,一、模态试验集成解决方案,EMA （包括SIMO、MISO） 锤击和激振器激励的模态试验，激励力可测 OMA

2、 环境激励和运行状态的模态试验，激励力不可测 MIMO 多输入多输出的模态试验，大型结构，对称结构 SMA 应变模态试验，应变和应力问题 ODS 工作变形分析，工作状态的实际变形,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,4,EMA,特点 经典方法，激励力可测 获取完整的模态参数 SIMO，MISO 分析方法 基于频响的6种经典频域方法 PolyLSCF和ERA VTB,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,5,OMA,适合 环境激励，如桥梁、楼房等 运行状态，运行中的机械结构 特点 仅有响应数据，没有激励数据 需要先进的分析方法 操作简单，安全方便 不影响正常运行 常常设置参考点进行分组

3、测试,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,6,适合OMA的方法,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,7,MIMO多输入多输出模态分析,何时需要MIMO 结构庞大，一点激励能量不够 结构脆弱，不能施加太大的激励 对称性结构，具有重根模态 DASP的MIMO 多激振器激励 多点锤击激励 多参考点的环境激励,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,8,MIMO使用的方法(DASP),可以使用PolyLSCF、ERA、SSI方法,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,9,SMA,SMA 应变模态分析 特点 研究应变和应力问题 对局部发生的结构特性改变更敏感,DASP模态分析的新进展,

4、东方所技术资料,10,ODS,ODS 工作状态下的变形分析 Operating Deflection Shape 特点 最直接地显示结构工作状态下的实际变形,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,11,DASP中的两类ODS方法,基于时域的ODS 按照时间历程、互相关函数、脉冲响应波形、自由衰减波形和响应波形的ODS 显示随时间的变形动画 基于频域的ODS 按照频响函数和互谱曲线的ODS 显示某个频率下的变形动画,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,12,ODS实例,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,13,二、模态参数识别新方法,频域 PolyLSCF、EFDD、PPM、PZ

5、M、VTB 时域 SSI、ERA、Prony 适合激励可测 PolyLSCF、ERA、VTB 适合激励不可测 PolyLSCF、ERA、 SSI、Prony、EFDD、PPM、PZM 传统（可被以上方法完全替代） PPT峰值拾取法，非整体识别，精度差，基本不再使用 FDPI（频域参数直接识别）等,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,14,PolyLSCF,PolyLSCF LSCF：多参考点的最小二乘复频域法 Least-Squares Complex Frequency-Domain method 国际最新提出，国外称PolyMAX 最佳模态分析方法之一 特点 采用离散时间频域模型，属

6、于总体拟合法 快速递推的运算技巧，具有很多优点 既适合锤击和激振器激励，又适合环境激励模态 支持MIMO，适合EMA和OMA,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,15,PolyLSCF的优缺点,1 抗干扰能力强，稳态图清晰； 2 可进行宽频带分析，可任意选择分析频带，同时处理多阶模态； 3 易于识别密集模态，能区分重根； 4 易于区分虚假模态； 5 采用快速算法，运算速度非常快； 6 具有多参考点形式 要求选择合适的阶数，需要清晰的稳定图,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,16,DASP中的PolyLSCF稳定图,F D V S O MAC 误差容限,DASP模态分析的新进展,东

7、方所技术资料,17,ERA,ERA 特征系统实现算法 Eingensystem Realization Algorithm 时域法，NASA最先提出 总体识别，支持MIMO，适合EMA和OMA 模态试验方法 激励可测：从频响函数计算脉冲响应波形 激励未知：随机减量法获取自由衰减波形,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,18,ERA的稳定图,在DASP中可实现自动化模态分析,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,19,SSI,SSI 随机子空间参数识别方法 Stochastic Subspace Identification 时域法，仅适合OMA 原理类似ERA，但使用互相关函数 OM

8、A中最精确的方法,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,20,SSI的特点,优点 支持OMA和MIMO 最精确的OMA方法，总体识别 能识别重根，抗干扰能力强 缺点 Hankel矩阵的维数较难确定 特征方程的阶数需要确定 可能丢失模态或产生虚假模态 计算工作量大,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,21,克服SSI的缺点,多种办法 稳定图 多方法对比 对照有限元 模态校验,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,22,EFDD,EFDD 增强型频域分解的方法 Enhanced Frequency Domain Decomposition 属于频域方法，适合OMA 优点 操作简单，可

9、识别满足正交条件的密集模态 缺点 对于不满足正交条件密集模态，识别精度低,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,23,操作简单的EFDD,操作：同峰值拾取法（PPT）一样简单 但通过奇异值分解，直接得到振型 DASP中利用INV频率计得到精确频率和阻尼比,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,24,PPM,PPM 多项式功率谱方法 Polynomial Power Spectrum Method 东方所独创，发表于 IMAC-XXIV,2006 特点 精度优于EFDD，可识别密集模态参数 仅有自功率谱，可进行模态频率阻尼分析 可以分频段进行拟合分析,DASP模态分析的新进展,东方所技术

10、资料,25,DASP-PPM,分段模态拟合，提高计算精度,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,26,PZM,PZM 功率谱Z变换方法 Power Spectrum Z Transform Method 东方所独创，发表于 IMAC-XXIV,2006 特点 与PPM类似的原理和特点 但使用离散Z变换 具有类似PolyLSCF的快速算法 对整频段同时拟合效果同样很好,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,27,DASP-PZM,使用稳定图,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,28,方法比较,SSI 最精确，易产生虚假模态，不同分析参数影响结果好坏 PolyLSCF 快速，缺点类似

11、SSI PZM 类似PolyLSCF，可以使用自功率谱 EFDD 操作简单方便，识别非正交密集模态能力差 PPM 和EFDD一样简单，采用分段拟合精度高于EFDD,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,29,VTB(变时基),VTB 变时基锤击激励模态 Varied-Time-Base 东方所专利技术 特点 结合DFC型高弹性聚能力锤 适合大型低频结构的锤击激励试验,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,30,VTB解决的问题,大型低频结构锤击试验 相比OMA可以获取完整的模态参数 1 采样频率设置的矛盾 激励力为脉冲，需要高采样频率 响应为低频信号，需要低采样频率 2 需要很大的激励

12、力,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,31,VTB解决办法,DFC弹性聚能力锤 增大激励力-可达20T 延长激励时间-能量集中于低频 VTB传函计算 激励和响应采用不同的采样频率 使用VTB传函细化计算方法 典型实例 750吨神舟飞船发射平台 乌海黄河铁路桥 航天员超重训练机 大型港口机械,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,32,三、模态校验,MAC 振型相关矩阵 稳定图中的MAC,DASP模态分析的新进展,模态指示函数,综合和实测FRF对比,多方法校核,东方所技术资料,33,四、自动化模态分析,发展趋势-自动化 MII Modal Important Index 模态重要性指

13、示函数 发表于 IMAC-XXV,2007 DASP-ERA 快速自动化分析 精确自动化分析 半自动 一键求模态,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,34,五、典型模态分析实例,激励力可测 汽车、工程机械、发动机、卫星等 变时基法测量大型结构 铁路桥、飞船发射平台、超重训练机等 激励力不可测 桥梁、楼房、井架等 运行中的机车,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,35,实例1(EMA-火箭发动机,卫星,雷达),DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,36,实例2(EMA-汽车,工程机械),DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,37,实例3(龙洗、编钟、模型、集中质量梁),DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,38,实例4(VTB-大型结构,锤击),航天员超重训练机 铁路桥 飞船发射平台(750T),DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,39,实例5(OMA-桥梁),上海卢浦大桥 目前世界上最大跨径钢拱、梁组合体系中承式系杆拱桥 超低频,频率密集,振型耦合强,分析了前12阶模态，包括对称和反对称的竖弯、侧弯、扭转等,DASP模态分析的新进展,东方所技术资料,40,实例6(OMA