损耗因子测试方法研究

摘要

损耗因子对结构设计和动力学特性预测具有重要影响，一般通过试验方法获取。本研究重点开展线性系统模态损耗因子、频带损耗因子、刚度非线性系统损耗因子的试验识别方法研究，旨在提高损耗因子试验测试精度。
　　本文首先基于高斯-牛顿迭代提出了一种识别模态损耗因子的拟合法，该方法尽可能多地利用了固有频率附近的信息计算模态阻尼，有效消除了试验测量误差对损耗因子识别结果的影响。根据拟合函数类型，拟合法可分为直接拟合法、平方拟合法和倒数拟合法。本文对比分析了频率间隔、固有频率附近频点数以及试验重复次数等因素对采用线性插值改进的半功率带宽法和三种拟合法识别精度的影响，结果表明：三种拟合法的抗噪性均优于改进半功率带宽法，直接拟合法和倒数拟合法需要的试验重复次数少，精度高，是线性系统模态损耗因子识别的首选方法，可以有效改进信噪比在10dB～20dB的情况下采用改进的半功率带宽识别损耗因子误差较大的问题。
　　在分析初始衰减率法识别频带损耗因子误差的基础上，论文提出了过程损耗因子的概念，用以描述衰减过程的频带损耗因子。分析表明：固有频率较小的模态具有较大的模态损耗因子，是初始衰减率法测试频带损耗因子存在较大系统误差的主要原因。为此，本文发展了循环相减法应用于频带损耗因子识别，提出了时域分离法测试频带损耗因子，该方法具有计算过程简便、应用范围广并且测试精度高的特点。仿真和试验结果均表明，时域分离法的误差可控制在10%以内，可用于准确识别频带损耗因子；可以有效解决当频带中含有多阶模态时，衰减振动曲线出现“分段”现象而导致的衰减法识别频带损耗因子难度较大的问题。
　　最后，论文在刚度非线性系统阻尼特性分析的基础上，基于粒子群优化提出了识别系统损耗因子的积分法。研究表明：该方法具有很强的抗噪性，可以利用含噪信号获取损耗因子，在信噪比低至10dB的情况下，依然可将平均误差控制在10%以内，并且信噪比越高，误差越小。
　　本文提出的识别含多阶模态频带损耗因子的时域分离法，弥补了衰减法和输入功率法的不足，克服了初始衰减率法存在系统误差的问题，方便工程应用。本文提出的积分法测试刚度非线性系统损耗因子，利用积分的方法计算过程量，减小了试验测试误差对结果的影响，并且利用粒子群优化求解损耗因子，结果稳定，分析表明该方法具有抗噪性强，精度高等特点。

目录

第1章 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 常见损耗因子测试方法分析

2.1 阻尼的表征

2.2 模态圆法

2.3 共振梁法

2.4 相位法

2.5 衰减法

2.6 输入功率法

2.7 本章小结

第3章 基于高斯-牛顿迭代的拟合法测试模态损耗因子

3.1 经典半功率带宽法

3.2 基于高斯‐牛顿迭代的拟合法识别模态损耗因子

3.3 本章小结

第4章 频带损耗因子测试的时域分离法

4.1频带损耗因子

4.2过程损耗因子

4.3初始衰减率法的系统误差分析

4.4利用时域分离法获取稳态频带损耗因子

4.5简化分离法

4.6仿真分析

4.7试验验证

4.8本章小结

第5章 非线性系统损耗因子测试的粒子群优化积分法

5.1刚度非线性系统阻尼特性

5.2半功率带宽法的误差分析

5.3粒子群算法介绍

5.4粒子群优化积分法

5.5阻尼识别方法的抗噪性分析

5.6试验验证

5.7本章小结

第6章损耗因子测试方法的应用

6.1 航天器选材

6.2 结构动力学预报

第7章 总结与展望

7.1 全文工作总结

7.2 本文创新点

7.3 研究展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况

致谢