基于某大型结构的工作模态方法研究

李智劳 杨文岐 李思宇（中国飞机强度研究所,陕西 西安 710065）

基于某大型结构的工作模态方法研究

李智劳 杨文岐 李思宇（中国飞机强度研究所,陕西 西安 710065）

传统的模态测试方法无法测试一些大型结构的模态。工作模态方法能够在激励未知的情况下，仅靠获得的结构响应来识别结构本身的模态。本文研究了工作模态方法对于大型结构的模态测试问题。先从理论角度介绍了工作模态的测试原理，然后运用工作模态方法测试了某大型结构的模态，给出了测试结果。

模态测试；大型结构；结构响应；工作模态

对于某些大型结构，如钻井平台、高层建筑物、桥梁等，以现有的激励手段难以进行有效激励，但为了获得结构的模态参数，传统的试验方法和激励方式显得比较困难。为了解决此类结构的模态测试问题，本文开展了工作模态分析法，来探索解决传统模态试验方法遇到的无法进行有效激励和激励难以获得的问题。在激励未知的情况下，采集结构的响应来进行结构的模态参数识别，能够比较有效的解决输入不可测问题。

1 理论基础

对自由度为n的线性系统,当系统的k点受脉冲激励,i点的脉冲响应xik(t)为:

式中,ξm、ωm、ωcm分别为系统第m阶模态的阻尼比、圆频率和有阻尼固有频率，aikm为常数。

当系统在k点受白噪声激励，i点的响应xik(t)与j点响应xjk(t)的相关函数Rijk(τ)：

式中,τ为采样间隔，θm为第m阶相位角，bikm为常数。

同样当系统有N点受白噪声激励，系统i点的响应与j点响应的相关函数Rij(τ)：

式中，cikm为常数。

工作模态法测试模态的过程为，先对结构响应进行采集,然后选取一个测量点作为参考点，计算其它测点与该参考点的互相关函数,将计算的相关函数作为脉冲响应函数并进行参数识别。

2 试验

2.1 试验设备

试验所用设备在试验前都进行了状态确认，以保证其处于正常工作状态，见表1。试验中所有涉及测量的仪器，都经过了计量校准/检定合格、且在有效期内，并提供相应校准/检定合格证书。

表1 计量仪器清单

2.2 试验结果

本次试验所测结构为某大型工程结构，试验时采用铁制榔头（16磅）进行激励，激励时为了避免激起高频响应，采用橡胶材料包裹榔头。试验过程中，用大力激励10次，并采用MTSIDEAS软件采集结构响应，进行工作模态分析。试验结果见表2：

表2 模态汇总

3 结语

传统的激励方式包括力锤激励和激振器激励。然而，这两种激励方式对于一般结构比较适用，也能够获得良好的激励效果。对于一些大型结构，力锤激励和激振器激励难以提供足够大的能量，结构的响应小，所采集的信号信噪比差，难以对模态进行识别。本文给出了一种测试大型结构模态的方法，对于某些传统模态测试手段无法进行模态测试的结构有重要工程价值。

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