[发明专利]一种大型结构模态测试方法

权利要求书

1.一种大型结构模态测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对要测试的大型结构进行模态分析，获得初步的固有频率和振型；

(2)根据步骤(1)获得的初步振型，通过比对关心频率内的振型结果，确定传感器的安装位置，将传感器安装在振型中幅值大的位置；所述传感器内置有三轴加速度传感器、倾角仪、定位装置以及无线连接装置；

(3)建立传感器位置指向与几何模型的关系；

(4)对大型结构施加阶跃激励，并通过信息处理计算机监测加速度响应的幅值大小，当加速度响应衰减完毕时进行再次激励，重复多次，通过信息处理计算机记录各传感器的响应数据；

(5)根据传感器的响应数据以及传感器位置指向与几何模型的关系，进行数据处理，得到大型结构的模态参数。

2.根据权利要求1所述的一种大型结构模态测试方法，其特征在于，步骤(3)的具体方式为：

(301)在信息处理计算机中建立整体坐标系，导入大型结构的几何模型；

(302)利用传感器内置的定位装置和的倾角仪，确定传感器的位置坐标与姿态指向；

(303)建立传感器位置指向与大型结构几何模型之间的关系，包括传感器测量点在大型结构几何模型中的具体位置以及传感器坐标系到整体坐标系的旋转矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种大型结构模态测试方法，其特征在于，步骤(4)中，首先利用定位装置的授时功能对各传感器进行时间同步；施加阶跃激励的具体方式为，在大型结构的三个方向上分别进行激励，在每个激励方向上，记录至少10次有效自由衰减；每个方向的数据记录完成后进行下一方向的激励。

4.根据权利要求1所述的一种大型结构模态测试方法，其特征在于，步骤(5)的具体方式为：

(501)根据传感器坐标系到整体坐标系的旋转矩阵，得到传感器在整体坐标系下的加速度响应：

式中，R_nG为传感器坐标系到整体坐标系的旋转矩阵，向量为传感器在整体坐标系下的加速度响应，为传感器在其本身坐标系下的加速度响应；

(502)根据步骤(1)获得的初步固有频率，选定一个传感器作为参考传感器，使参考传感器响应数据的功率谱图包含各阶固有频率成分；对参考传感器的响应数据进行傅里叶变换，各极值点对应于不同阶次的固有频率；

(503)对参考传感器的响应数据进行分解，得到各阶模态响应，对各阶模态响应求包络并进行指数曲线拟合，得到不同阶次的模态阻尼比；其中，指数曲线的形式如下：

x_e＝Ae^-σt＝Ae^-2πfξt

式中，x_e为提取到的加速度响应上的包络数据，A为信号幅值，f为该阶固有频率，ξ为待求的模态阻尼比；

(504)对各传感器的响应数据进行分解，得到关心的各阶模态响应；按照激励次序，对相同传感器、相同方向、相同阶次、不同激励次序得到的均方根值求平均，得到相应传感器、相应方向、相应阶次的振型分量；对不同传感器、相同阶次的振型分量进行最大值归一化，得到大型结构不同阶次的振型。