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运行变形振型（ODS）分析和运行模态分析（OMA）因其无需测量输入激励力、安全性能好、不影响结构正常使用等优点成为了国内外研究的热点。由ODS可以获知结构在运行状态下的各个时刻或特定频率下的变形情况，而OMA可以获得结构的固有频率，阻尼和模态振型等模态参数。结合两者的分析结果，能够对结构在运行状态下的振动变形情况和动态性能做综合的分析，对结构的状态监测、故障诊断和振源识别等具有重要的意义。为此，本文研究并实现了时、频域ODS和一种抗噪声能力强的基于半功率谱的运行模态参数识别方法——多参考点最小二乘复频域法（pLSCF）。本文的主要工作内容展开如下：（1）研究了ODS的基本性质，ODS与模态振型的区别和联系，时、频域ODS的原理及其测量和计算方法。重点讨论了几种频域ODS的计算函数以及它们之间的区别。（2）为了更好的解决大噪声下试验数据的模态参数识别精度不高的问题，研究了多参考点最小二乘复频域（pLSCF）法及稳定图的标示方法，通过仿真案例验证了pLSCF法抗噪声干扰能力强、稳定图清晰且稳定的优点。以半功率谱理论为基础，研究了pLSCF方法在OMA中的应用，通过仿真案例验算并与专业模态分析软件MACEC的模态参数识别结果进行对比，结果证明了本文基于半功率谱的pLSCF运行模态分析方法的正确性。（3）在MATLAB环境下，开发了ODS动画模拟以及OMA分析的软件ODSMA。软件能以慢速运动的方式模拟结构的ODS空间响应，可以很容易的观察结构的运行变形情况，识别振动变形过大的位置；结合运行模态分析，能够对结构运行状态下的动态性能作综合分析。软件界面友好、编程规范、辅之以丰富的鼠标和键盘控制，实现操作的人性化。（4）以经典GARTEUR飞机模型实测频响函数数据和二维框架结构时域响应数据，分别验证了ODSMA软件对测力法和不测力法获得的数据的ODS动画模拟功能。通过一个三层框架结构的振动模态试验，对软件的各项功能进行了一个完整应用，结果表明软件运行稳定、结果可靠，可方便的应用于结构运行状态下的振动变形分析和模态参数识别。