单帧FFT法在正弦扫描结构动特性试验数据处理中的应用.pdf

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1、2015年4月强度与环境Ap~2015第42卷第2期STRUCTURE&ENVIRoNMENTENGINEERING、，01．42．NO．2单帧FFT法在正弦扫描结构动特性试验数据处理中的应用张鹏飞胡亚冰付玮吴家驹(北京强度环境研究所，北京100076)摘要在正弦扫描结构动特性试验中，当扫描速率过快时，传统的Hilbert法和同相正交分解法处理结果误差较大。针对上述缺点，采用了单帧FFT法，并通过单自由度理论仿真算例和试验对方法进行验证。研究表明单帧FFT法具有更好的精度，处理结果的频率和幅值受试验扫

2、描速率影响小，且没有“旁瓣效应”，是一种更为有效的正弦扫描结构动特性试验数据处理方法。关键词单帧FFT法；正弦扫描；结构动特性中图分类号：V416．2文献标识码：A文章编号：1006—3919(2015)02—0057。07ApplicationofsingleframeFFTmethodinprocessingofsinesweptstructuredynamicstestsignalZHANGPengfeiHUYabingFUWeiwuJlaju(BeijingInstituteofStructu

3、reandEnvironmentEngineering，Beijing100076，China)Abstract：Insinesweptstructuredynamicstest，progressingresultsofHilbertmethodandCo-phased—Quad—Orthogonal—Decomposedmethodhadbiggererrorwhensweepingratewastoorapid．SingleflameFFTmethodwasusedagainsttheshortc

4、omingsoftheabove．AsinglefreedomnumericalexampleandexperimentwereactualizedtovalidatethesingleflameFFTmethod．TheresearchindicatesthatsingleflameFFTmethodhashigherprecision，frequencyandmagnitudeofprocessedresultareafectedlittlebysweepingrate，andprocessedr

5、esultsdonothavesidelobeefect．SingleframeFFTmethodismoreavailableinsinesweptstructuredynamicsdataprocessing．Keywords：singleframeFFTmethod；sineswept；structuredynamicsO引言正弦扫描试验是常见振动试验方法之一，在环境试验历史上占据重要地位，至今仍广泛使用[引。在扫描过程中，振动激励频率随着时间不断地变化，从而结构响应中的频率成分也随着时间不断地

6、变化。正弦扫描试验方法也可以应用在结构动特性试验分析中【4J。试验中同时获取激励和结构响应的数据，数据处理后得到结构的传递函数，获得的结构共振频率和峰值是试件结构评价和改进设计的重要参考[5]。在传统的正弦扫描试验中，使用振动控制仪可以在线地得到试件上2个测点问的传递曲线。图1所示是在振动控制仪中得到的不同扫描速率下的结构传递特第42卷第2期张鹏飞等单帧FFT法在正弦扫描结构动特性试验数据处理中的应用59带入正弦运算的和差化积等式可以得到(f)=CO·sincot+QUAD·COScot(7)其中，C

7、O=Xcos(同相分量)，QUAD=Xsin~b(正交分量)。若(f)被参考正弦乘，在M个循环内积分后得到】，=Isin(cot)·x(t)dt=Xcos~·M·T／2(8)于是，CO=-2Y／MT类似地，(f)被参考余弦乘，在M个循环上积分，可以得到QUAD=-2Z／MT其中z=c。s()．(f于是信号的瞬时包络可以得到X=,／co+QUAD(9)co—qu法容易用硬件或软件实现，在正弦扫描试验控制中广泛使用。1-3单帧FFT法在正弦扫描结构动特性试验中，结构频响函数H(f)可以采用如下方法计算(1

8、厂)=FFT(y(t))／FFT(x(t))(10)式中(f))和FFT(x(t))分别为输入信号和响应信号的Fourier变换，输入信号和响应信号全部作为l帧参与FFT计算。在这种方法中，Hq)的频率分布为均布频率，频率分辨率d厂取决于采样频率与采样点数Ⅳdf=is／N(11)与Hilbert法、co—quad法相比，单帧法无法获得和时间相关的信息，然而在获取结构动特性的扫描试验中，并不关心频率和幅值随时间变化的情况。结构动力学理论指出，扫描速率对结构