模态试验技术与实践

陈阳序
作者序
前言
第1章振动力学基础1
1.1引言1
1.2振动的基本概念1
1.2.1简谐振动1
1.2.2输入与输出2
1.2.3广义坐标2
1.2.4自由度3
1.2.5分析方法3
1.3基本理论假设5
1.3.1线性系统5
1.3.2定常系统5
1.3.3确定系统6
1.4振动系统的组成6
1.4.1质量单元6
1.4.2弹性单元7
1.4.3黏性阻尼8
1.4.4结构阻尼9
1.5常用数学公式12
1.5.1欧拉公式12
1.5.2拉普拉斯变换12
1.5.3狄利克雷条件13
1.5.4傅里叶变换13
1.5.5傅里叶级数13
1.5.6dB计算方法14
1.5.7函数的卷积14
1.5.8零点和极点14
1.5.9帕塞瓦尔定理15
1.6本章小结15
第2章单自由度动力学系统17
2.1引言17
2.2单自由度系统的自由振动17
2.2.1系统动力学模型17
2.2.2无阻尼自由振动18
2.2.3有阻尼自由振动21
2.3系统受简谐激励的强迫振动24
2.3.1系统受简谐激励的过渡阶段24
2.3.2系统受简谐激励的稳态响应26
2.3.3传递函数和频响函数的关系28
2.4系统受其他激励的强迫振动29
2.4.1系统受周期激励的响应29
2.4.2系统受脉冲激励的响应32
2.4.3系统受任意激励的响应35
2.5有阻尼系统的隔振36
2.5.1黏性阻尼系统隔振36
2.5.2结构阻尼系统隔振37
2.6本章小结39
第3章两自由度动力学系统41
3.1引言41
3.2系统模型41
3.2.1运动微分方程41
3.2.2物理坐标耦合42
3.2.3模态坐标变换43
3.3固有频率特征46
3.3.1固有频率为零46
3.3.2固有频率相等47
3.4减振与隔振48
3.4.1动力吸振器减振48
3.4.2隔振系统传递率50
3.4.3模态损耗因子52
3.5本章小结53
第4章多自由度动力学系统55
4.1引言55
4.2无阻尼系统的实模态分析55
4.2.1特征值及特征向量55
4.2.2特征向量的正交性57
4.2.3频响函数模态展式58
4.3黏性阻尼系统的复模态分析59
4.3.1特征值及特征向量59
4.3.2特征向量的正交性61
4.3.3频响函数模态展式63
4.4结构阻尼系统的复模态分析64
4.4.1特征值及特征向量64
4.4.2特征向量的正交性65
4.4.3频响函数模态展式65
4.5反共振现象66
4.5.1反共振现象的原理66
4.5.2原点反共振的意义68
4.5.3传递反共振的意义69
4.6阻尼饱和现象70
4.6.1系统特征值对物理参数的
灵敏度71
4.6.2阻尼储能刚度的作用74
4.6.3材料损耗因子的作用80
4.7本章小结82
第5章信号处理83
5.1引言83
5.2信号分类及预处理84
5.2.1模拟信号84
5.2.2数字信号84
5.3滤波器的基本概念86
5.3.1滤波器的意义86
5.3.2模拟滤波器87
5.3.3数字滤波器88
5.3.4滤波器参数89
5.4滤波器的基本性能91
5.4.1巴特沃斯滤波器的性能91
5.4.2切比雪夫滤波器的性能93
5.4.3贝塞尔滤波器的性能95
5.4.4滤波器对试验的影响97
5.5原始时域信号采集98
5.5.1信号采样98
5.5.2模数转换100
5.5.3信号序列101
5.6数字信号时频变换原理104
5.6.1基本假设104
5.6.2z变换106
5.6.3离散傅里叶变换的定义108
5.6.4离散傅里叶变换的性质110
5.7快速傅里叶变换111
5.7.1时域抽取法111
5.7.2频域抽取法114
5.7.3泄露与加窗115
5.8本章小结117
第6章模态试验基础118
6.1引言118
6.2模态试验的基本概念119
6.2.1模态试验的目的119
6.2.2试验的边界条件119
6.2.3模态试验的分类120
6.3理论频响函数的特性120
6.3.1共振频率120
6.3.2幅频特性123
6.3.3相频特性125
6.3.4表示方法126
6.4频响函数的作用127
6.4.1识别频率127
6.4.2计算阻尼129
6.4.3获取振型133
6.5模态试验基础数据133
6.5.1方均根值133
6.5.2相关函数134
6.5.3线性谱134
6.5.4功率谱135
6.5.5功率谱密度136
6.6试验频响函数的特性138
6.6.1计算方法138
6.6.2估计方式138
6.6.3相干函数140
6.6.4数据平均141
6.7本章小结142
第7章模态试验设备144
7.1引言144
7.2激励装置144
7.2.1力锤144
7.2.2激振器146
7.2.3功率放大器149
7.3传感器150
7.3.1传感器的原理150
7.3.2传感器的选择153
7.3.3传感器的参数157
7.3.4传感器的标定158
7.3.5安装与拆卸159
7.4传感器线缆161
7.4.1噪声的来源161
7.4.2抗干扰措施163
7.4.3线缆的布置164
7.5数据采集仪165
7.5.1信号调理165
7.5.2A/D位数166
7.5.3采样频率166
7.5.4采集量程167
7.5.5精度参数167
7.6本章小结169
第8章锤击法模态试验170
8.1引言170
8.2测试方法基础171
8.2.1测试的原理171
8.2.2互易性原理171
8.2.3激励的方法172
8.3试验准备工作174
8.3.1确定响应点174
8.3.2确定激励点175
8.3.3结构的安装175
8.3.4力锤的选择178
8.3.5安装传感器180
8.3.6传感器的线缆181
8.4测试参数设置182
8.4.1几何建模182
8.4.2采集通道183
8.4.3触发设置183
8.4.4采集参数184
8.4.5信号加窗184
8.4.6敲击测试185
8.5本章小结186
第9章多入多出模态试验188
9.1引言188
9.2试验准备工作189
9.2.1模态试验的安全189
9.2.2连接试验设备191
9.2.3模态试验的流程192
9.3安装试验装置192
9.3.1确定响应点192
9.3.2确定激励点194
9.3.3安装被测结构195
9.3.4传感器的安装196
9.3.5激振器的安装198
9.3.6安装连接线缆200
9.4随机信号激励201
9.4.1纯随机信号201
9.4.2伪随机信号202
9.4.3猝发随机信号203
9.4.4试验参数设置204
9.5正弦信号激励206
9.5.1扫频正弦信号206
9.5.2步进正弦信号207
9.5.3信号时频变换207
9.5.4试验参数设置208
9.6纯模态试验法209
9.6.1试验基本原理209
9.6.2激励参数设置210
9.6.3频率调谐设置211
9.6.4影响调谐的因素212
9.6.5阻尼测试方法213
9.7本章小结214
第10章模态参数辨识216
10.1引言216
10.2模态参数辨识算法216
10.2.1有理多项式辨识法216
10.2.2构造频响误差函数218
10.2.3模态数据结果验证220
10.3本章小结222
参考文献224