大型结构试验模态分析方法研究与软件开发

摘要

机械产品正在向高速高精度轻量化方向发展,振动和噪声问题日益突出.如何提高系统的性能越来越受到人们的重视.对产品进行动力学研究是提高产品性能的主要手段,在产品设计中起着非常重要的作用.其中,试验模态分析是一种有效的方法,在解决工程问题中起着重要的作用,它通过试验的方法来提取系统的模态参数,为系统的结构修改提供依据.该文对模态分析基本原理进行了深入研究,比较目前广泛使用的几种模态参数识别方法,通过对大型结构试验模态分析特点的分析,提出了一种适用于大型结构试验模态分析整体曲线拟合的改进方法.同时,在Visual C++环境下,采用Matlab数学库工具,设计和开发了此方法的算法程序,完成了试验模态分析的核心步骤——模态参数识别的软件实现,从而为试验模态分析软件系统的开发提供了可行的依据.在对试验模态分析基本原理深入研究,以及对相应软件的国内外研究开发现状分析的基础上,结合运用OpenGL技术以及Matlab工具,以Windows为系统平台,采用面向对象的Visual C++编程语言,完成了试验模态分析软件系统的研究与开发.在具体的实际应用中,该系统能够根据结构的一般情况,通过测量激励与响应,得到频响函数,利用整体曲线拟合方法识别出结构的各阶固有频率、阻尼比以及模态振型等模态参数,为以后的动态优化设计提供可靠的依据.同时,利用OpenGL技术实现了结构简单的三维模型绘制,通过三维动画技术将结构的模态振型显示出来,向人们更直观的展示结构的薄弱环节.最后,通过对一结构进行试验模态分析的实例,给出了应用该系统的过程与方法.在模态试验过程中总结了试验模态分析的注意事项,为正确的进行试验模态分析奠定了基础.实例的分析结果与B&K公司模态分析软件的分析结果基本吻合,表明该软件系统可以用于大型结构试验模态分析,结果正确,能够为动态优化设计提供可靠的依据.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1模态分析技术研究的意义

1.2模态分析技术的发展概况及研究现状

1.2.1模态分析技术的发展概况

1.2.2模态分析技术的国内外研究现状

1.3试验模态分析软件的国内外发展状况及发展趋势

1.3.1试验模态分析软件的国内外发展状况

1.3.2试验模态分析软件的发展趋势

1.4课题的研究意义与主要内容

1.4.1课题的研究意义

1.4.2本文的研究内容和成果

2模态分析技术的基本理论

2.1概述

2.2无阻尼系统的实模态分析法

2.3比例阻尼系统、实模态分析法

2.4结构阻尼系统模态分析法

3模态参数识别及整体曲线拟合方法的改进

3.1模态参数识别概述

3.2矢量分析法

3.3正交多项式曲线拟合

3.4适用于大型结构试验模态分析的整体曲线拟合方法的改进

3.4.1大型结构试验模态分析的特点

3.4.2整体曲线拟合方法的改进

4试验模态分析软件系统的设计和开发

4.1软件系统的设计思想和主要任务

4.1.1软件系统的设计思想

4.1.2系统设计的主要任务

4.2面向对象的编程方法

4.3模态分析软件系统的整体框架

4.4信号分析显示模块

4.5三维模型建立模块

4.5.1三维图形处理库OpengL概述

4.5.2用Visual C++中的MFC和OpenGL建立三维图形应用环境

4.5.3模块主要功能的实现

4.6模态参数识别模块

4.6.1 MATLAB简介

4.6.2整体曲线拟合改进算法及模块主要功能的实现

4.7动态振型显示模块

5系统的检验及应用

5.1锤击法试验模态分析

5.2模态试验及其注意事项

5.3应用MES'scopeVES软件的分析结果

5.4应用本系统进行模态分析的过程及结果

6结论与展望

6.1工作总结及结论

6.2存在的问题与展望

参考文献

致谢

本人攻读硕士学位期间发表论文

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