具有间隙非线性影响的外挂物的模态试验研究.pdf

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1、综合管理具有间隙非线性影响的外挂物的模态试验研究李智劳李晓东刘凡（中国飞机强度研究所，陕西西安710065）摘要：间隙对通过试验测试结构的动力学特性时有较大负则有面影响，会导致试验结果出现较大偏差。因此，试验时应克服（4）结构间隙对其动力学特性的影响，以获得准确的振动特性参，可表示为：数。本文研究了外挂在具有间隙非线性影响下的模态测试问（5）题，用不同的模态测试方法，获得了外挂的振动模态。通过比（6）较，给出了外挂在具有间隙非线性影响下的测试方法，为后续研究具有间隙非线性的结构振动问题提供参考。很明显（5）、（6）两式可展开为傅里叶级数。等

2、效刚度和·关键词：间隙；非线性；模态等效阻尼ceq，可以依据结构振幅，由傅里叶级数得出。由外挂和挂梁、挂梁和飞机的连接存在着间隙，一般可分为此，等效模态阻尼参数可定义如下：两类情况；一类是由于生产超差、装配误差等加工工艺中不可（7）避免的因素使间隙存在，另一类是工程设计中预留的间隙。然（8）而，间隙对结构的动力学特性有重要影响，表现为结构中含有间隙后，结构连接由紧变松、结构的模态频率由高变低，高频段为固有频率，为粘性模态阻尼。振动的传递能力由强变弱。2试验件简介1非线性系统振动理论为了验证基于试验模态综合技术在多外挂飞机振动中的对于单自由度

3、系统，非线性现象可用下面方程描述：可行性，加工了一个飞机模型，该飞机模型带4个外挂。飞机的（1）材料为铝，四个外挂与飞机通过弹簧连接起来。两个外侧外挂为非线性阻尼函数，为非线性恢复力函数，为是相同的，两个内侧外挂也是相同的。内侧外挂和外侧外挂长度和大小是一样的，质量和与机翼的连接点不同，所以本次试等效激振力。其做简谐运动平衡时，做如下假设：验件就是内侧和外侧外挂各取一个进行试验。后续进行模态（2）综合，外挂的模态试验边界条件为固支，即通过夹具固定在承（3）力柱上。其中，为线性等效刚度，为线性粘性阻尼。如果结构3基于锤击法外挂物模态测试做简谐

4、运动平衡时，结构的响应主要是由激振频率引起的，3.1测试方法图1垂直锤击频响函数曲线图2水平锤击频响函数曲线图3垂直锤击频响函数曲线图4水平锤击频响函数曲线2017年06月37综合管理图5内侧外挂物垂直扫频图6内侧外挂物侧向扫频图7内侧外挂物俯仰频率随力的变化曲线图8不同输入力值下的频响函数曲线用力锤来激励结构，同时进行加速度和力信号的采集与处的影响，结果相对比较准确，但是无法消除非线性因素的影响；理，依据得到的频响函数通过参数识别获得模态结果。而随机法及纯模态法得到的结果由于存在着激振器附加刚度3.2频响函数的测试的影响，结果偏高。但是可

5、以看出通过变力可以得到具有非线分析带宽0~100Hz，为了消除随机和噪声干扰，试验时进行性影响的外挂的最终模态。证明这种方法对具有非线性结构了10次平均。内侧外挂物垂直和水平频响函数曲线见图1、图的模态测试是可行的。2。外侧外挂物垂直和水平频响函数曲线见图3、图4。模态名称测试方法频率（Hz）4基于纯模态外挂物模态测试方法锤击法4.1064.1纯模态测试方法外挂物俯仰随机法5.064结构呈现单一模态的振动时，表现在各测量点的加速度响纯模态法9.016应与外力之间存在90°或270°的相位差。通过调力与移频相结合，使测量点加速度响应的相位变化

6、呈现上述特征，从而得到锤击法3.321结构的某阶固有模态。外挂物偏航随机法3.6344.2试验过程纯模态法8.688（1）指示函数扫频锤击法7.844用步进正弦进行“指示函数值C-频率f”关系的扫频，确定外挂物侧平固有频率分布。本次试验对内侧外挂物进行了垂直和侧向扫随机法12.236频，范围为0~100Hz，扫频曲线见图5、图6。纯模态法12.545（2)模态参数识别和分离表1不同方法测试内侧外挂物模态结果对比根据以上扫频对所出现的共振峰一一进行识别和分离。7结语当识别出峰值fr为某阶模态后，在其峰值频率fr下，通过调力本文用三种方法对具有

7、非线性影响的外挂模态进行了测调频使C(fr)→1，可认为此时结构呈现第r阶单一模态(即纯模试和分析，证明了非线性模态测试方法的可行性。具有低刚度态)的振动，同时其振动频率fr即为结构第r阶固有频率，此时和小质量的试验件，采用不同方法得到的结果存在着一定的差结构的振动形态即为结构的第r阶固有振型。异，经分析主要是由于试验件的连接刚度较小，激振器的附加4.3试验结果及分析刚度对结构存在着一定的影响，但为什么纯模态法和随机法测对具有非线性的模态测试，必须确定激振力大小对模态的试结果也不相同，还需进一步研究。影响，应分别测试不同力下的频率，当频率随

8、力的变化出现拐参考文献:点时，该拐点处的频率即为该阶模态频率。频率随力的变化曲[1]许本文焦群英.机械振动与模态分析基础[M].北京：机械线见图7。工业出版社，1998.5随机法