基于运行模态分析的单梁起重机模型修正研究

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1、中图分类号：TH2论文编号：102870518-S135学科分类号：080203硕士学位论文基于运行模态分析的单梁起重机模型修正研究研究生姓名张松松学科、专业机械设计及理论研究方向振动测试与有限元建模指导教师岳林教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringModelupdatingoftheSingleBeam

2、CraneBasedonOperationalModalAnalysisAThesisinMechanicaldesignandtheorybyZhangSongsongAdvisedbyProf.YueLinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已

3、经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着工业的发展，梁式起重机成为现代生产中不可替代的装备，在经济建设的各个领域发挥着重要作用。然而现役梁式起重机大多生产于上世纪八九十年代，在循环载荷和强迫振动等动载荷作用下易出现疲劳损伤和连接部位松动现象，长期损

4、伤积累导致的结构失效会造成灾难性后果和重大财产损失。为了能够准确设计结构，提高起重机性能和稳定性，有必要研究其动力学特性。运行模态是结构承受工作载荷后的动力学特性，与结构的损伤密切相关。本文以单梁起重机为研究对象，基于运行模态分析，获取其模态参数来完成模型修正。论文的主要研究工作如下：（1）学习了模型修正理论，有限元建模方法和计算模态提取方法。学习了模态分析中的半功率谱理论和多参考点最小二乘复频域法（pLSCF），通过一个仿真算例与其他识别方法进行对比，证明其有良好的识别效果。（2）对实验室单梁起重机的结构部件进行简化，利

5、用薄层单元代替螺栓连接，建立几何模型。进行计算模态分析并获取前十二阶固有频率和振型。接着探究传感器的优化布置，确定运行试验中传感器个数以及分布位置。最后基于对振型分析在单梁起重机主梁上选取激励位置，运用谐响应分析，证明了所选激励位置的可行性。（3）对单梁起重机进行动力特性测试试验和运行模态分析。对激励的施加方式和起重机支撑方式进行分析，选择传感器并进行布置，接着进行单梁起重机运行状态下试验数据采集。然后借助MATLAB建立起重机的测点模型，导入试验数据进行预处理和信号检验，将测点模型与试验数据建立关联。利用基于半功率谱的p

6、LSCF算法进行模态识别得到稳态图并列出其固有频率和振型。（4）基于获得的固有频率和振型，对单梁起重机进行模型修正。通过振型相关分析，将运行模态分析结果与有限元计算结果进行对应。进行灵敏度分析后确定最终修正参数，利用中心复合试验设计方法完成试验设计。接着利用二次多项式建立输入与输出间的响应面，对响应面的拟合精度和预测能力进行评价。然后利用多目标遗传算法确定修正参数的修正结果。最后在单梁起重机上选取试验点利用锤击法获取其频响曲线，同时利用已修正模型进行仿真，通过分析频响曲线波峰所对应频率的误差，验证了已修正模型的精度。关键词

7、：单梁起重机，运行模态分析，灵敏度分析，模型修正I基于运行模态分析的单梁起重机模型修正研究ABSTRACTWiththedevelopmentofindustry,beamcranehasbecomeirreplaceableequipmentinmodernproduction.Itplaysanimportantroleinallfieldsofeconomicconstruction.However,theactivebeamcranesaremostlyproducedin80sand90softhelastcen

8、tury.Underdynamicloadsuchascyclicloadingandforcedvibration,fatiguedamageandjointlooseningwilltakeplace,thefailureduetolong-termstructuraldamageaccumulat