大型结构件模态试验方法

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第7卷第l3期2007年7月科学技术与工程VoL7No．13July20071671-1819(2007)13-3231-04ScienceTechnologyandEngineering2007Sci．TeckEngng．一般科学技术大型结构件模态试验方法徐有刚冯加权杜强王玉军(中国工程物理研究院总体工程研究所，绵阳621900)摘要对大型结构件做模态试验是近年来振动界的热门话题之一。要对大型结构件做模态试验，一般都很费时费力，而且效果不一定好。

2、在“微加速度测试系统”的基础上，将试验测试内容从大型结构件的“微加速度测试”扩展到大型结构件“模态试验”，在实际的模态试验中对测试设备、传感器、分析软件作必要的配置与完善，完成了对大型结构件的模态试验。可为需要对大型结构件做模态试验、响应试验提供参考。关键词大型结构件模态试验激励高灵敏度加速度计中图法分类号TB123；文献标识码B为了研究和分析一些大型结构件(指数十吨以行了模态试验。上结构件)的动态特性(模态的频率、阻尼、振型)，一般通过实验模态分析方法¨．2获得。有关此类大1试验原理的理论支持

3、型结构的模态试验，各种文献资料有很多介绍。本文利用微振测试系统对大型结构件“LXJ50实验模态分析的目的是对已有结构系统进行识岩土离心机”(中国科学院水利研究所专门研究水别与评价，从中找出结构系统的动态特性及所存在利大坝用的离心机，质量约20吨)、超大型结构的问题，为验证和修改结构动力学的分析模型提供“JJ350／45井架”(四川宏华石油机械厂生产的石油试验依据。因此，对已有结构进行实验模态分析是钻机井架，质量约50吨)等进行模态试验分析的实必要的。例，就测试分析中出现的问题以及解决办法，与同行

4、对于结构的动态力学性能的研究，通过实测结们进行探讨。构的输人(激励)和输出(响应)来确定系统的动态对大型结构件的模态试验需要解决两个方面的特性，建立系统的分析模型，是结构动力学逆问题的问题，一是如何对结构施加激励；二是对微弱的响应一个主要方面，其内容又可分为系统识别和参数识信号用何种传感器拾取。本文在微加速度测试系别。按系统输人、系统输出个数分类，振动参数识别统的基础上，解决了传感器干扰的影响，并验证则可分为：单输单输出(SISO)、单输多输出了测试系统的可靠性J。在这一前提下，对质量在(s[M

5、o)、多输多输出(mMO)，此类方法主要用20吨以下的结构件采用“高弹性聚能力锤”施加激于结构质量较轻的结构件(指大型结构以下)。对励，对质量在20吨以上的结构件则采用“自激励”，一些超大型结构件，常采用另一种实验方法，就是通又称“环境激励”方式来施加激励。拾取信号采用常所说的工作模态分析方法(OMA)，这是一种不需低频大灵敏度加速度计，成功地对上述大型构件进要知道激励信号的模态试验方法。基于模态分析的理论，多自由度系统的振动微2007年3月15日收到分方程为：第一作者简介：徐有刚，(1955一

6、)，男，高级工程师，“四川省振动[]{(t)}+[c]{(t)}+[]{(t)}=工程学会”理事，研究方向：模态试验技术、微振动测试技术等。E—marl：dahnehen2003@yahoo．oom．cn。{．t)}(1)维普资讯http://www.cqvip.com3232科学技术与工程7卷将上式两边作傅立叶变换，可以得到：的结构施加激励；二是用何种传感器采集测点的响应信号。EH(训=(2)在模态分析实验中，必须给被测结构施加一个[H()]称之为位移频率响应函数矩阵。激振力使其振动，由力传感

7、器测量施加到结构的激假设【】：【{)，{)，{)，，⋯，{)】为结振力，由加速度传感器测量其振动响应。普通的激构的主振型矩阵。励方式很难将大型结构激励起来。为此，我们采用假设结构系统的阻尼为比例阻尼，可以证明位大型高弹性聚能力锤对离心机施加激振力，该力锤移频率响应函数矩阵和模态参数有如下关系：激振力大，能对重约20吨的结构进行有效激励。过∑{)去对超大型结构件的激励常采用“阶跃激励”方式实现，如“火箭壳激励”方式，它有个致命的缺点就)】而：(3)是成本高，不易实施和测量。我们在对钻机井架这(3)

8、式中：样超大型结构的激励则采用“自激励”方式，实现对M、C、Ki一分别是第i阶模态质量、模态阻尼超大型结构的激励。利用大地的自然地脉动和风载和模态刚度；对超大型结构件施加激励，避开了“阶跃激励”在实{}一第i阶固有振型。际模态试验中的缺点。当在P点作为激励，第i点测量响应，位移频率不管是大型结构件或是超大型结构件，试验件响应函数为：的体积庞大，自重很大，结构复杂，在施加激振力后，∑一各测点的振动响应很小，若选用普通的加速度传感()(4)器，采集到的振动响应信号的信噪比很差，频响函数的相干性也很差