1.一种悬臂梁运行模态分析实验方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)选择悬臂梁的端点作为激励点,利用钢锤对梁实施脉冲激励;
选取距离激励点较近且响应信号幅值较大的响应点作为参考点;
在所述参考点及反映悬臂梁振型的各几何模型节点布置响应测点;
2)采集所述参考点和响应点在脉冲激励后产生的响应信号;
3)对采集信号进行带通滤波,其通频带为感兴趣的结构模态频率范围,对所有响应通道加汉宁窗;
4)求取参考点与响应点之间的互功率谱函数,并构建互功率谱函数不同采样时刻数据构成的矩阵方程;
5)利用所述矩阵方程求解系数矩阵,得到系统极点;
6)识别模态振型及模态参与因子矩阵;
7)进行模态置信判据矩阵值计算,如果模态置信判据值不佳,则选取不同采样时刻值,返回到步骤4)重新构建矩阵方程组,直至模态置信判据值在预设合理区间以内,获得结构模态参数;
所述方法还包括以下步骤:8)模态动画绘制:得出各点每个方向的模态振型矢量,与测点布置几何模型对应,就得到描述各测点x、y、z方向上的相对振幅的模态振型动画;
所述步骤4)中,按照式(1)计算结构响应点j和参考点i之间的互相关函数:式中,Rij(τ)为响应点j和参考点i之间的互相关函数,T为测试时间,xi(t)为参考点的加速度响应信号,xj(t)为响应点的加速度响应信号,τ为时间间隔;
对结构响应点j和参考点i之间的互相关函数Rij(τ)按照时间间隔Δt采样,并将其表示为复模态形式式中Crij为与第r阶模态相关的常系数;N为待识别模态阶数;Δt为采样时间间隔;λr为系统极点;
将系统极点λr表达为
式中ξr为第r阶模态阻尼比;ωr为第r阶模态无阻尼固有频率将Rij(kΔt)作周期延拓,并进行离散傅里叶变换,得到响应点j和参考点i之间单边互功率谱密度函数:取 在不同采样起始时刻的值建立互功率谱函数矩阵方程:式中a0,a1,…a2N为系数;Sij(t0),Sij(t1)…Sij(t4N)为响应点j和参考点i之间互功率谱函数在t0,t1,…t4N时刻的取值,利用该方程组的协方差矩阵构成压缩方程,得到超定方程的最小二乘解,得到系数a0,a1,…a2N的取值。
2.如权利要求1所述的一种悬臂梁运行模态分析实验方法,其特征在于:所述步骤5)中,令构造下列方程:
式中ak为系数,上式左边由2N项相加而成,因此方程组特征解的个数至少应等于2N,因此k=0,1,2…2N,上式如果成立,则系数a0,a1,…a2N满足下列有理分式正交多项式即Poroney多项式方程,且该多项式以 为特征解,取a2N=1,得到:将估计出的系数矩阵a0,a1,…a2N代入式(8),求得系统的极点。
3.如权利要求2所述的一种悬臂梁运行模态分析实验方法,其特征在于:所述步骤6)中,将互功率谱函数矩阵表示为系统各阶模态振型和模态参与因子矩阵的部分分式之和,得到式中,Vr为模态振型矩阵,Lr为模态参与因子矩阵,表示在系统响应中各阶模态的贡献量, 为模态振型矩阵的复共轭矩阵,为模态参预因子矩阵的复共轭矩阵, 为系统极点的共轭复数;
将识别的系统极点代入式(9),求得由各阶模态振型矢量Ψr构成的模态振型矩阵Vr及其模态参与因子矩阵Lr,获得系统模态参数的全局估计。
4.如权利要求3所述的一种悬臂梁运行模态分析实验方法,其特征在于:所述步骤7)中,模态置信判据矩阵值为:其中,Ψr为第r阶模态振型矢量;Ψs为第s阶模态振型矢量;Ψr*T为第r阶模态振型矢量的共轭转置;Ψs*T为第s阶模态振型矢量的共轭转置。