变质量细长梁在线模态参数识别方法研究
发布时间：2021-05-18 10:16
本文主要针对线性时变系统,建立变质量的悬臂梁有限元模型,利用递推的随机子空间方法进行模态参数在线跟踪识别,通过仿真和实验验证了方法的有效性和实用性。本文主要工作内容如下:论文首先从有限元仿真入手,建立悬臂梁的有限元模型,通过构造时变的质量矩阵构建变质量悬臂梁理论模型,分析计算得到固有频率的变化曲线。利用结构在基础激励下的动力学方程,通过数值方法获得时变系统随机振动响应。详细推导了连续时间和离散时间的状态空间方程,以及基于状态空间模型的两种随机子空间方法。分析了在输入为白噪声时,输出数据构成的自相关函数与系统矩阵之间的关系。最后通过获得的系统矩阵进行模态参数识别,并利用稳定图方法辨识出悬臂梁系统的前几阶频率。介绍了一种快速子空间跟踪技术,将其应用到随机子空间算法中,获得递推的随机子空间算法。重点分析了算法中参数选取对识别结果的影响,通过仿真对比获得参数的影响方式,结果表明合适的参数既能保证识别精度,又能减少计算量,适合在线识别。以质量随时间减少的悬臂梁作为实验对象进行实验,对两种工况下的频率作大致估计,然后在减质量的整个过程中测量振动响应数据,同时利用本文提出的方法对获得的响应数据进行在...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 时域分析方法
1.2.2 时频分析法
1.2.3 环境激励下模态分析的发展现状
1.2.4 在线跟踪技术的目的和意义
1.3 本文主要内容
第二章 时变系统有限元仿真
2.1 时不变系统悬臂梁有限元模型建模
2.2 时不变系统有限元仿真
2.2.1 基础激励下结构的动力学方程
2.2.2 随机输入信号的生成
2.2.3 动响应求解
2.2.4 随机信号频域处理
2.3 构造时变悬臂梁系统
2.4 时变悬臂梁的动响应求解
2.5 本章小结
第三章 随机子空间方法
3.1 系统状态空间方程描述
3.1.1 连续状态空间方程
3.1.2 离散状态空间方程
3.2 协方差驱动的随机子空间方法
3.2.1 构造Hankel矩阵和Toeplitz矩阵
3.2.2 块Toepiltz矩阵分解
3.2.3 求解系统矩阵
3.3 数据驱动随机子空间方法
3.3.1 Kalman滤波状态向量
3.3.2 投影定理和QR分解
3.3.3 模态参数识别
3.4 时不变悬臂梁系统数值仿真
3.5 本章小结
第四章 递推随机子空间方法
4.1 基于指数窗的API方法
4.1.1 数据加窗选择
4.1.2 指数窗下W(t)矩阵的递推
4.2 影响识别结果的参数选择
4.3 悬臂梁仿真算例
4.3.1 质量骤变系统仿真
4.3.2 质量连续变化系统仿真
4.4 本章小结
第五章 悬臂梁试验研究
5.1 试验内容
5.1.1 试验仪器及材料
5.1.2 试验具体过程
5.1.3 在线识别界面
5.2 试验数据处理及结果分析
5.3 试验小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑变质量效应的柔性两级火箭动力学研究[J]. 吕稀,罗梦翔,蔡国平. 力学季刊. 2016(01)
[2]线性时变系统的状态空间模型递推辨识研究[J]. 倪智宇,吴志刚. 振动与冲击. 2016(04)
[3]环境激励下结构模态参数识别方法综述[J]. 刘宇飞,辛克贵,樊健生,崔定宇. 工程力学. 2014(04)
[4]线性时变动力系统参数识别方法与试验分析[J]. 陈隽,赵冠宇,陈鑫. 振动.测试与诊断. 2013(05)
[5]基于时变AR模型和小波变换的时变参数识别[J]. 陈宇,陈怀海,李赞澄,贺旭东. 国外电子测量技术. 2011(07)
[6]用于时变系统参数识别的状态空间小波方法[J]. 许鑫,史治宇. 工程力学. 2011(03)
[7]基础激励结构的试验模态分析[J]. 吴家驹,苏华昌,王晓晖. 强度与环境. 2010(04)
[8]状态空间下基于小波变换的时变系统参数识别[J]. 许鑫,史治宇. 振动工程学报. 2010(04)
[9]时变线性/非线性结构参数识别及系统辨识方法研究进展[J]. 于开平,庞世伟,赵婕. 科学通报. 2009(20)
[10]高超声速有翼导弹多场耦合动力学的研究和进展(上)[J]. 杨炳渊,史晓鸣,梁强. 强度与环境. 2008(05)
硕士论文
[1]时变系统模态参数识别的研究[D]. 李赞澄.南京航空航天大学 2010
[2]热效应对结构固有振动特性影响研究[D]. 王宏宏.南京航空航天大学 2009
[3]时间序列分析在振动系统时变参数辨识中的应用[D]. 刘丽兰.西安理工大学 2005
本文编号：3193615
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 时域分析方法
1.2.2 时频分析法
1.2.3 环境激励下模态分析的发展现状
1.2.4 在线跟踪技术的目的和意义
1.3 本文主要内容
第二章 时变系统有限元仿真
2.1 时不变系统悬臂梁有限元模型建模
2.2 时不变系统有限元仿真
2.2.1 基础激励下结构的动力学方程
2.2.2 随机输入信号的生成
2.2.3 动响应求解
2.2.4 随机信号频域处理
2.3 构造时变悬臂梁系统
2.4 时变悬臂梁的动响应求解
2.5 本章小结
第三章 随机子空间方法
3.1 系统状态空间方程描述
3.1.1 连续状态空间方程
3.1.2 离散状态空间方程
3.2 协方差驱动的随机子空间方法
3.2.1 构造Hankel矩阵和Toeplitz矩阵
3.2.2 块Toepiltz矩阵分解
3.2.3 求解系统矩阵
3.3 数据驱动随机子空间方法
3.3.1 Kalman滤波状态向量
3.3.2 投影定理和QR分解
3.3.3 模态参数识别
3.4 时不变悬臂梁系统数值仿真
3.5 本章小结
第四章 递推随机子空间方法
4.1 基于指数窗的API方法
4.1.1 数据加窗选择
4.1.2 指数窗下W(t)矩阵的递推
4.2 影响识别结果的参数选择
4.3 悬臂梁仿真算例
4.3.1 质量骤变系统仿真
4.3.2 质量连续变化系统仿真
4.4 本章小结
第五章 悬臂梁试验研究
5.1 试验内容
5.1.1 试验仪器及材料
5.1.2 试验具体过程
5.1.3 在线识别界面
5.2 试验数据处理及结果分析
5.3 试验小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑变质量效应的柔性两级火箭动力学研究[J]. 吕稀,罗梦翔,蔡国平. 力学季刊. 2016(01)
[2]线性时变系统的状态空间模型递推辨识研究[J]. 倪智宇,吴志刚. 振动与冲击. 2016(04)
[3]环境激励下结构模态参数识别方法综述[J]. 刘宇飞,辛克贵,樊健生,崔定宇. 工程力学. 2014(04)
[4]线性时变动力系统参数识别方法与试验分析[J]. 陈隽,赵冠宇,陈鑫. 振动.测试与诊断. 2013(05)
[5]基于时变AR模型和小波变换的时变参数识别[J]. 陈宇,陈怀海,李赞澄,贺旭东. 国外电子测量技术. 2011(07)
[6]用于时变系统参数识别的状态空间小波方法[J]. 许鑫,史治宇. 工程力学. 2011(03)
[7]基础激励结构的试验模态分析[J]. 吴家驹,苏华昌,王晓晖. 强度与环境. 2010(04)
[8]状态空间下基于小波变换的时变系统参数识别[J]. 许鑫,史治宇. 振动工程学报. 2010(04)
[9]时变线性/非线性结构参数识别及系统辨识方法研究进展[J]. 于开平,庞世伟,赵婕. 科学通报. 2009(20)
[10]高超声速有翼导弹多场耦合动力学的研究和进展(上)[J]. 杨炳渊,史晓鸣,梁强. 强度与环境. 2008(05)
硕士论文
[1]时变系统模态参数识别的研究[D]. 李赞澄.南京航空航天大学 2010
[2]热效应对结构固有振动特性影响研究[D]. 王宏宏.南京航空航天大学 2009
[3]时间序列分析在振动系统时变参数辨识中的应用[D]. 刘丽兰.西安理工大学 2005
本文编号：3193615
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