[发明专利]一种大型结构模态测试方法

说明书

本发明提供了一种大型结构模态测试方法，属于振动测试领域。本发明包括传感器位置优化分析、固定传感器设备、建立传感器位置指向与几何模型的联系、数据采集与记录、数据处理与模态参数识别等步骤。本发明采用带有无线传输功能的传感器进行测量，减少实验准备时间；采用整合倾角仪和定位装置的三向微机电加速度传感器，成本较低，方便与几何模型建立联系；采用阶跃激励方法，实施难度小。

技术领域

本发明涉及一种大型结构模态测试方法，属于机械结构、振动测试领域。

背景技术

模态信息包含三个要素：固有频率、模态阻尼比和振型。模态信息反映了结构本身的固有振动特性，是大型结构设计、加工和制造必须考虑的重要指标。在实际工程中，除了应用计算机仿真技术外，通过实验实测的方法确定大型结构的模态也是必不可少的重要手段。

根据激励形式的不同，可以大致将模态测试分为三种形式：正弦扫频、脉冲激励、阶跃激励。正弦扫频是通过激振器或者振动台对结构进行单一频率激励，并且该激励为正弦波形式，激励频率随时间变化。当激励频率与结构固有频率接近时，结构发生共振，响应幅值明显增大，可以确定相关模态参数。脉冲激励和阶跃激励是通过锤击或位移边界变化，使结构发生弹性变形，而后突然释放获得结构的自由响应。通过结构的自由响应获得结构模态参数。在模态测试中，结构响应可以是位移、速度、加速度、应变等。实际工程应用中常用的是加速度响应。

对于大型结构而言，采用扫频激励需要大型的激振设备，同时要对结构的位移边界条件进行适当的约束，因此，实施难度较大，成本高、实验周期较长。采用脉冲或阶跃激励形式，可以有效对结构进行激励，但大型空间结构往往对各方向振动特性都要关注，因此需采用三向传感器。采用传统的测试方法需要通道数量较多的采集设备，成本较高；三向传感器线束较多，容易受到干扰，并且实验准备周期也较长。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种大型结构模态测试方法，该方法可对多种形式大型结构的固有频率进行测试，成本低廉，易于实施。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大型结构模态测试方法，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，步骤(5)的具体方式为：