复杂结构模态的精细试验识别方法研究.pdf

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《自动化与仪器仪表》2015年2期(总第184期
复杂结构模态的精细试验识别方法研究”
郑光泽',肖鹏
(重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点试验室重庆,400054)
(2重庆理工大学机槭工程学院重庆,40005
摘要:以发动机缸体为对象,本文研究了复杂结构试验模态参数的精确识别方法。基于缸体有限元模型的模态分析
结果,采用预试验方法确定模态试验测点布置方案;利用模态置信度MAC、模态相位共线性MPC以及平均相位偏移MPD
等指标检验模态识别精度;基于变形协调原理利用结构分析软件对试验模态进行模态扩展分析,得到较好的模态振型识别
精度
关键词:复杂结构;试验模态;识别精度;模态扩展
D?编码:10.14016j.cnki.1001-9227.2015.02.179
Abstract: Taking engine block as an example, the precise identification method of test modal parameters of complex structure
was investigated. Based on modal simulation results of engine block, the sensor layout scheme was determined with pre-test technol
ogy supported by EMS Corporation. The precision of experiment mode was verified by the Modal Assurance Criterion (MAC), the
Modal Phase Collinearity (MPC), and the Modal Phase Deflection(M PD). In order to view the local mode accurately, based on the
deformation consistency principle, test mode was expanded using the existed finite element model by structure analysis software
The better recognition accuracy of mode shape was achieved compared to conventional test modal parameter identification methods
Key words: Complex structure; Test mode; Identification precision; Mode expansion
中图分类号:TP212.6
文献标识码:A
文章编号:1001-9227(2015)02-0179-04
0前言
伟明等提出基于试验模态质量和刚度矩阵,结合有限元模型
模态分析是深人了解结构动态特性的前提和基础,是实现质量和刚度矩阵进行试验模态扩展迭代计算的新策略,并与正
结构减振降噪设计的重要前期工作。结构模态识别一般常采用交模型-正交模态(CMCM)进行对比检验其迭代方法的有效
数值模拟或试验测试方法,尤其是在结构开发的早期阶段,通性。但上述方法均基于迭代算法,即使适用于10自由度的模
常采用数值分析和试验验证相结合的方法,对发动机曲轴、型模态扩展,要获得理想的扩展精度,至少也要送代约6000
电动车动力总成等复杂结构以试验模态为标准进行有限元分析次,若对自由度达到10万级的复杂结构模态扩展,其计算效
模型的模态分析结果检验,确保有限分析模型的有效性,为结率及精度管控困难。
构的进一步动力修改奠定技术基础。随着结构复杂性的增加,
发动机缸体是发动机最重要、最复杂的零部件,其动态特
传统的模态试验只能得到有限节点组成的线框模型的模态信性对发动机振动噪声性能影响显著。本文以发动机缸体为研究
息,虽然理论上只要增加传感器的布置数量就可得到足够多的对象,基于有限元模型的模态计算果进行模态试验测点虚拟
模型信息,但过多布置传感器会客观地影响模态的识别精度。布置检验,防止模态空间混叠。采用模态置信度MAC、模态
张喜清、徐猛等基于预试验分析原理和模态测试理论,分别相位共线性MPC以及平均相位偏移MPD等指标检验模态识别
以变速器箱体和车身为研究对象,建立有限元模型进行预试验精度,结合模态振型相关性分析方法,研究发动机缸体仿真模
分析、优化结构模态试验的响应测点数目及位置、激励位置及态与试验模态的振型相关性。针对复杂结构局部模态振型识别
方向,获得了较好的模态参数识别结果,为有限元分析模型的困难的现象,基于结构变形协调原理,利用结构分析软件,以
优化改进奠定了技术基础。
试验模态振型为边界条件,计算得到结构的变形近似模拟试验
在模态试验中测出有限元模型的所有节点所对应的自由度模态的扩展结果,在未显著降低模态相关性的基础上,实现复
的模态信息是不可完成的任务,这促使模态缩聚技术与模态扩杂绪构模态的精细识別。
展技术的研究。在模态扩展方法中,动态扩充法基于有限元
分析模型的质量和刚度矩阵对试验模态进行扩充,利用扩充之
基于有限元模恣分析结果的预试验
后的试验数据对有限元模型进行修正,再利用修正模型的质量
测量物理样机的动态特性时,传感器布置位置和激励作用
和刚度矩阵对初始试验模态重新进行扩展。为修正扩展送代计位置的选择对测试精度有较大影响。位置选择不当,容易导致
算中有限元模型的质量和刚度矩阵对试验模态扩展的误差,李模态空间混叠、识別精度差。传统的模态測试时,一般是在物
理样机上布置传感器后,采用脉冲锤试敲击,分析各频率响应
收稿日期:2014-12-30
的能量一致性、激励一响应互异性方法评价不同的激励点以及
资金项目:国家科技支撑计划项目2012BAH32FO1,02资助
传感器布置的合理性“?。传感器布置位置及激励点的选择取
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