OMA环境激励模态试验分析.ppt
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1、环境激励下的模态试验环境激励下的模态试验(基于响应数据的模态分析(基于响应数据的模态分析(基于响应数据的模态分析(基于响应数据的模态分析/工作模态分析)工作模态分析)工作模态分析)工作模态分析)Output-only Modal Analysis,Operational Modal Analysis,OMA北京东方振动和噪声技术研究所北京东方振动和噪声技术研究所北京东方振动和噪声技术研究所北京东方振动和噪声技术研究所China Orient Institute of Noise&Vibration China Orient Institute of Noise&Vibration DASP O
2、MADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题COINVCOINV3 1内容内容环境激励模态的可行性环境激励模态的可行性/优点优点试验方法试验方法-分组测试分组测试响应模态参数辨识方法响应模态参数辨识方法-7种方法种方法 应用实例举例应用实例举例上海卢浦大桥,西宁北川河大桥上海卢浦大桥,西宁北川河大桥ODS工作变形分析工作变形分析Operational Deflection Shape analysisCOINVCOINVDASP OMADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题3 2大型结构常规的激励手段大型结构常规的激励手段高弹性聚能力锤激励高弹性聚能力锤激励高
3、弹性聚能力锤激励高弹性聚能力锤激励高弹性聚能力锤激励高弹性聚能力锤激励198819881988年年年年年年,火箭激励钱塘江大桥火箭激励钱塘江大桥火箭激励钱塘江大桥火箭激励钱塘江大桥火箭激励钱塘江大桥火箭激励钱塘江大桥困难或不可实现昂贵局部损伤中断工作液液液液液液压压压压压压伺伺伺伺伺伺服服服服服服激激激激激激振振振振振振器器器器器器突突突突突突然然然然然然释释释释释释放放放放放放吊吊吊吊吊吊重重重重重重COINVCOINV3 3DASP OMADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题环境激励ambient excitation194019401940年年年年年年,美国美国美国美
4、国美国美国tacomatacomatacoma大桥大桥大桥大桥大桥大桥建成不到建成不到建成不到建成不到建成不到建成不到4 44个月个月个月个月个月个月,因风振坍塌因风振坍塌因风振坍塌因风振坍塌因风振坍塌因风振坍塌海浪及风对船舶进行激励海浪及风对船舶进行激励海浪及风对船舶进行激励海浪及风对船舶进行激励 随手可得随手可得,费用低廉费用低廉安全安全,省时省时更加符合实际情况与边界条件更加符合实际情况与边界条件不影响正常工作不影响正常工作COINVCOINVDASP OMADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题3 4OMA应用范围更广应用范围更广COINVCOINVDASP OMAD
5、ASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题3 5机车在运行状态下进行机车在运行状态下进行机车在运行状态下进行机车在运行状态下进行机车在运行状态下进行机车在运行状态下进行OMAOMAOMA分析,可以得到刚体分析,可以得到刚体分析,可以得到刚体分析,可以得到刚体分析,可以得到刚体分析,可以得到刚体沉浮模态的频率阻尼和振型,由于此阶模态频率低,沉浮模态的频率阻尼和振型,由于此阶模态频率低,沉浮模态的频率阻尼和振型,由于此阶模态频率低,沉浮模态的频率阻尼和振型,由于此阶模态频率低,沉浮模态的频率阻尼和振型,由于此阶模态频率低,沉浮模态的频率阻尼和振型,由于此阶模态频率低,阻尼很大,在试验室
6、条件下很难激励出。阻尼很大,在试验室条件下很难激励出。阻尼很大,在试验室条件下很难激励出。阻尼很大,在试验室条件下很难激励出。阻尼很大,在试验室条件下很难激励出。阻尼很大,在试验室条件下很难激励出。也可以进行机床,汽车等的也可以进行机床,汽车等的也可以进行机床,汽车等的也可以进行机床,汽车等的也可以进行机床,汽车等的也可以进行机床,汽车等的OMAOMAOMA分析。其实际激分析。其实际激分析。其实际激分析。其实际激分析。其实际激分析。其实际激励信号不一定近似白噪声,因此得到的分析结果,励信号不一定近似白噪声,因此得到的分析结果,励信号不一定近似白噪声,因此得到的分析结果,励信号不一定近似白噪声,
7、因此得到的分析结果,励信号不一定近似白噪声,因此得到的分析结果,励信号不一定近似白噪声,因此得到的分析结果,有些阶模态是结构本身固有的,有些是激励引起的有些阶模态是结构本身固有的,有些是激励引起的有些阶模态是结构本身固有的,有些是激励引起的有些阶模态是结构本身固有的,有些是激励引起的有些阶模态是结构本身固有的,有些是激励引起的有些阶模态是结构本身固有的,有些是激励引起的强迫振动,需要进一步进行甄别。强迫振动,需要进一步进行甄别。强迫振动,需要进一步进行甄别。强迫振动,需要进一步进行甄别。强迫振动,需要进一步进行甄别。强迫振动,需要进一步进行甄别。环境激励模态测试环境激励模态测试分组进行分组进行
8、参参参参参参考考考考考考点点点点点点位位位位位位置置置置置置固固固固固固定定定定定定不不不不不不动动动动动动COINVCOINVDASP OMADASP OMADASP OMA专题专题专题专题专题专题3 6响应模态参数辨识方法响应模态参数辨识方法COINVCOINV3 7DASP OMADASP OMA专题专题专题专题算法简介算法简介ERA(Eigensystem Realization Algorithm)特征系统实现算法(自由衰减波形)SSI(Stochastic Subspsace Identification)随机子空间参数识别方法(互相关函数)Prony(Least-squares
9、Complex Exponent)最小二乘复指数法COINVCOINV3 8DASP OMADASP OMA专题专题专题专题算法简介ERA原理xk+1=A xk+wkyk+1=Cxk+1SSI原理xk+1=A xk+wkyk+1=Cxk+vkxk状态向量 yk输出向量 A 系统矩阵 C 输出矩阵wk输入噪声 vk输出噪声 COINVCOINV3 9DASP OMADASP OMA专题专题专题专题算法简介自由衰减函数的获取随机减量技术 受到平稳随机激励受到平稳随机激励受到平稳随机激励受到平稳随机激励受到平稳随机激励受到平稳随机激励的系统,其响应是由初的系统,其响应是由初的系统,其响应是由初的系统
10、,其响应是由初的系统,其响应是由初的系统,其响应是由初始条件决定的确定性响始条件决定的确定性响始条件决定的确定性响始条件决定的确定性响始条件决定的确定性响始条件决定的确定性响应和外载荷激励的随机应和外载荷激励的随机应和外载荷激励的随机应和外载荷激励的随机应和外载荷激励的随机应和外载荷激励的随机响应两者的叠加而成。响应两者的叠加而成。响应两者的叠加而成。响应两者的叠加而成。响应两者的叠加而成。响应两者的叠加而成。因此,在相同的初始条因此,在相同的初始条因此,在相同的初始条因此,在相同的初始条因此,在相同的初始条因此,在相同的初始条件下对响应的时间历程件下对响应的时间历程件下对响应的时间历程件下对
11、响应的时间历程件下对响应的时间历程件下对响应的时间历程进行多段截取,并对截进行多段截取,并对截进行多段截取,并对截进行多段截取,并对截进行多段截取,并对截进行多段截取,并对截取的多段信号计算总体取的多段信号计算总体取的多段信号计算总体取的多段信号计算总体取的多段信号计算总体取的多段信号计算总体平均,消除随机响应的平均,消除随机响应的平均,消除随机响应的平均,消除随机响应的平均,消除随机响应的平均,消除随机响应的影响,从而达到提取自影响,从而达到提取自影响,从而达到提取自影响,从而达到提取自影响,从而达到提取自影响,从而达到提取自由衰减响应的目的。由衰减响应的目的。由衰减响应的目的。由衰减响应的
12、目的。由衰减响应的目的。由衰减响应的目的。COINVCOINV310DASP OMADASP OMA专题专题专题专题SSI的特点优点优点优点优点:当前环境激励模态最精确的方法,总体识别,支持:当前环境激励模态最精确的方法,总体识别,支持MIMOMIMO,能识别重根,抗干扰能力强。能识别重根,抗干扰能力强。缺点缺点缺点缺点:HankelHankel矩阵的维数较难确定,特征方程的阶数需要确定。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。可能丢失模态或产生虚假模态。计算工作量大。克服办法克服办法克服办法克服办法:通过多种办法排:通过多种办法排除虚假模态。稳定
13、图除虚假模态。稳定图,和其它和其它分析方法对照以及和有限元分析方法对照以及和有限元计算结果对比,模态校验。计算结果对比,模态校验。COINVCOINV311DASP OMADASP OMA专题专题专题专题PolyLSCFPolyLSCF优点:识别参数精确,稳定图存在快速算法。支持MIMO,能识别重根,采用Z变换,在同时识别宽频带模态时能保证相同的精度,抗干扰能力强,识别精度高于当前任何一种连续变换的频域方法(如直接参数识别法DPI,正交多项式法)。PolyLSCF存在建立稳定图的快速算法,计算速度快。缺点:需要选择合适的阶数。与国外的与国外的与国外的与国外的PolyMAXPolyMAX相同相同
14、相同相同COINVCOINV312DASP OMADASP OMA专题专题专题专题EFDD优点:操作简单,可识别振形满足正交条件的密集模态参数。缺点:振形不满足正交条件密集模态参数,识别精度低。COINVCOINV313DASP OMADASP OMA专题专题专题专题PPM/PZM(东方所独创技术)(东方所独创技术)PPM(Polynomial Power Spectrum Method)PPM(Polynomial Power Spectrum Method)多项式功率谱方法多项式功率谱方法东方所独创,精度优于东方所独创,精度优于EFDDEFDD,可识别密集模态参数。可识别密集模态参数。PZ
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