结构热模态试验数据处理的工程方法

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1、结构热模态试验数据处理的工程方法张青虎，蔡骏文（北京机电工程研究所，北京100074）摘要：热模态试验中结构的模态参数随时间发生变化，常温模态试验的参数识别方法不再适用于热模态试验数据的处理，需要研究时变结构模态参数识别方法。本文提供了一种工程化的方法，在成熟的时变结构模态参数识别方法及工程化软件研制成功之前，利用“吋I'可凝固法”得到系统在每一吋刻的伪模态参数，并进一步分析得到伪模态参数随时间和温度的变化规律与范围，可以作为时变结构模态参数的工稈近似解。关键词：热模态试验；数据处理；模态参数中图分类号：V416.4文献标识码：AAnEngineeringmethodofdataproces

2、singforstructuralthermalmodaltestzhangQinghu,CaiJunwen(BeijingElcctro-mcchanicalEngineeringInstitute,Beijing100074,China)Abstract:Methodsofmodalpiirameteridentificationformodaltestcannotbeappliedtodataprocessinginstructuralthermalmodaltest,becauseofthemodalparameterisvaryingalongwiththelimeinstruc

3、turalthermalmodaltest.Maturemethodsandsoftwaresoftime-varyingmodalparameteridenlificaiioniswanled,yetnotachieved・Inlhepaper,anengineeringmethodisgiventoobtainedtheapproximatesolutionoftime-varyingmodalpiiramete匚Pseudo-modalparameterofalltimestagesisobtainedontimefixedassumption,thenitsruleandrange

4、tovaryalongwiththetimeandtemperature・Keywords:thermalmodaltest;dataprocessing;modalparameter1引言随着现代高速E行器的蓬勃发展，气动加热带来的高温影响越来越严重，特别是对E行器结构振动模态的影响已经不容忽视。热模态试验即在试验室模拟热环境下进行的结构模态试验，是一种对高温下结构模态参数及其变化规律进行研究的试验方法。热模态试验的结果和数据对超声速E行器的设计具有重要作用。20W纪50年代以来，NASALangley、Dryden等研究中心分别针对金属和复合材料壁板、嵬舵、发动机喷管等结构开展热模态试验

5、方法研究与试验验证⑴⑵。国内部分单位也开展了相关研究和验证试验⑶。但是迄今为止热模态试验仍处于发展的初期，试验技术还不成熟，诸多关键技术有待解决，英中故重要和急需解决的是热模态试验的数据处理方法。在温度稳定后的高温环境中，模态参数也基本稳定不变,还可以采用通常的数据处理与模态分析方法。而温度变化过程屮，结构的模态参数随时间发生变化，常温模态试验的理论和参数识别方法不再适用于热模态试验数据的处理，需要研究时变结构模态参数识别方法。于开平等在该领域开展了大量的研究工作"71,包括方法改进与验证，但还未形成完全适合工程应用的成熟方法及软件。国内外公开的文献中也没有时变结构模态参数识别方法在热模态试

6、验中应用的实例。工程中急需一种工程化的近似方法，在成熟的吋变结构模态参数识别方法及工程化软件研制成功之前，能够对热模态试验数据进行初步的处理和分析，大致了解结构热模态参数变化的基本状况。本文就是介绍了这样一种热模态试验数据处理的工程方法，及该方法基于LMS模态试验与分析平台的应用。2热模态试验及其数据处理2.1热模态试验的基本概念热模态试验是指对热环境下的机械系统进行的模态试验。高温下温度场稳定后的热模态试验称为稳态热模态试验；温度场瞬态变化过程屮的热模态试验称为瞬态热模态试验。对于稳态热模态试验，上要的难点是高温下的模态激励与测量技术。由于温度场已经基本稳定，随温度变化的各种结构特性参数也

7、会达到稳定，模态参数不再随时间变化，试验数据处理和模态分析完全可以用常温模态试验的方法。对于瞬态热模态试验，除了高温下的模态激励与测量技术以外，试验数据处理和模态分析的方法也成为一个难点。因为温度场一肖随时间变化，各种结构特性参数也随温度场而变化，导致结构模态参数随时间变化，称为时变结构模态参数。针对时变结构模态参数识别方法的研究是当前的一个热点，但是各种方法都需要继续完善，还没冇达到工程化应用的要求。在现阶