分段积分联立方程识别阻尼及在曲轴上的应用

摘要

阻尼表征振动衰减、能量耗散的程度，是决定结构动力特性的主要参数之一。阻尼值的准确识别，可以帮助构建结构振动中的各种响应，提高结构动力分析结果的可靠性;阻尼值变化的准确识别，可以让阻尼对结构发生变化的敏感性真正体现，如裂纹的发生导致阻尼的变化等。在工程应用中，阻尼的重要与识别结果不准确之间的矛盾越来越严重。
　　 针对半功率带宽法存在阻尼识别精度不高的问题，以及针对内积法存在阻尼识别过程速度慢的问题，提出分段积分联立方程求解阻尼的方法。从最基本的振动形式入手，通过非先验基策略识别信号的固有频率，用固有频率构造的函数与信号做两次积分时间不同的积分运算，联立两段积分，得出需要求解的方程，识别信号的衰减系数，进而获得信号阻尼比。
　　 在小阻尼系统，负频率项的积分结果可以忽略，但是随着阻尼的增大，负频率项的积分结果变得可观，导致识别精度下降。为了提高阻尼参数的识别精度，在分段积分联立方程的基础上，提出积分时间特定化的策略，当积分时间为信号半周期的整数倍时，负频率项的影响将消除，使得分段积分联立方程法不受阻尼大小的限制。
　　 针对密集模态的阻尼识别需要联立多个方程进行求解导致识别困难的问题，提出分段积分联立方程法与迭代相减算法结合进行阻尼识别的策略。通过分段积分联立方程法和相减算法初步获得各阶模态的估计，不断重复的从原信号中减去其余模态的估计，只保留某单阶模态进行阻尼识别，形成迭代过程，将复杂的多方程求解转化为单方程求解，同时消除了模态之间的干扰作用，进而得出各阶模态的阻尼值。
　　 在分段积分联立方程法的理论分析基础上，通过不同的仿真算例，将本文方法与其他常用方法进行了比较，验证本文方法的准确性和快速性，即使存在噪声干扰，本文方法的识别结果同样准确。
　　 最后，将分段积分联立方程法应用到发动机曲轴的阻尼识别中，并通过粘贴轻质量阻尼片的方式使曲轴阻尼产生微小变化。本文方法可以准确地识别出曲轴阻尼，并对微小变化的曲轴阻尼同样有效，进一步验证了本文方法的工程实用性，为后续工程应用和理论研究奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外阻尼识别的研究现状

1．3 本论文研究意义

1．4 论文的主要研究内容

第二章 半功率带宽法识别阻尼的误差分析

2．1 半功率带宽法

2．2 频率分辨率对半功率带宽法的影晌

2．3 采样时间对半功率带宽法的影响

2．4 噪声对半功率带宽法的影响

2．4．1 正态分布噪声的性质

2．4．2 噪声对识别精度的影响

2．5 本章小结

第三章 内积法识别阻尼

3．1 内积法识别阻尼的原理

3．2 迭代相减算法消除负频率项的影响

3．3 密集模态的阻尼识别

3．4 仿真算例

3．4 本章小结

第四章 分段积分求解非密集模态阻尼

4．1 非先验基策略识别固有频率

4．2 分段积分联立方程求解阻尼

4．2．1 分段积分联立方程求解阻尼的公式推导

4．2．2 分段积分联立方程求解阻尼的步骤

4．3 幅值和相位角的识别

4．4 消除负频率项的影响

4．4．1 积分时间与识别精度的关系

4．4．2 固有频率对识别精度的影响

4．4．3 考虑负频率项影响的识别步骤

4．5 多自由度系统的动态参数识别

4．6 本章小结

第五章 分段积分结合迭代求解密集模态阻尼

5．1 结合迭代识别密集模态参数

5．2 密集模态识别的流程图

5．3 仿真算例

5．4 本章小结

第六章 分段积分求解在曲轴阻尼识别中的运用

6．1 曲轴阻尼变化的模拟与测试

6．2 曲轴阻尼变化的识别

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 工作总结

7．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间所发表的论文