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阻尼是结构故障诊断、响应预测、冲击、噪声和振动控制等课题研究方面的重要特性参数之一,用来表示振动过程中结构的能量耗散程度。在模态参数识别中,阻尼比的识别精度远比固有频率和振型的识别精度低,而且受测量方法、实验参数和噪声干扰的影响较大。目前,阻尼识别方法大体分成三大类:时域识别方法,频域识别方法和时频分析方法。虽然这些方法识别非密集模态阻尼的准确性较高,但是对密集模态的仍然存在较大问题。因此,提高密集模态阻尼诊断精度一直是中外学者追寻的目标,也是一直研究的课题。
从简单的单频信号的阻尼诊断入手,分析了内积运算诊断信号阻尼的原理,通过运用非先验基法诊断固有频率和内积模极值优化搜索衰减系数两个关键步骤,获得信号的阻尼比。研究了内积运算诊断单频信号,负频率项与正频率项的交叉干涉对阻尼比诊断精度的影响。在小阻尼系统,由于正、负频率项的相关性弱,干扰作用可以忽略。但随着阻尼值增大,负频率项的干扰作用增强,导致单频信号阻尼诊断精度下降。
为了提高阻尼比的识别精度,在内积运算的基础上,提出迭代算法。通过迭代相减,从原信号中减去负频率项的估计项,消除单频信号中负频率项的干扰,使得内积运算诊断阻尼比不受阻尼值大小的影响,有效解决了单频信号中负频率项干扰问题。
进一步,应用内积运算与减法原理结合识别非密集的多频信号,在各个频率分量干涉较小时,采用内积运算诊断多频信号中单频信号,初步诊断出各个频率分量及频率分量对应的负频率项。通过内积和减法运算,单独地对某一频率分量进行诊断,即从原信号中减去该单频对应负频率项和其余频率分量的估计,有效消除单频信号中负频率项干扰,获得各个信号的参数。
最后,分析密集模态产生的条件,针对密集模态存在模态交叉干涉,导致阻尼识别困难的问题,提出内积运算和迭代算法相结合诊断密集模态阻尼。通过内积运算和减法原理初步获得各阶模态的估计和单个模态对应的负频率项估计。不断重复减去单个模态对应负频率项的估计和其余模态的估计,形成迭代过程,逐渐消除相近模态之间和单个模态中负频率项的干扰,有效地提取密集模态的“纯模态”,进而得出各阶模态的阻尼比。
在理论分析内积与迭代算法识别阻尼比的基础上,进行仿真算例,比较了本文方法和其他常用方法识别阻尼比的精度,验证该方法的有效性和准确性。即使在噪声干扰的情况下,本文方法诊断结果也很准确。
在仿真算例的基础上,将该方法应用于悬臂梁响应信号的阻尼比试验。通过迭代相减有效分离悬臂梁响应信号的各阶模态,内积运算精确诊断各阶阻尼比。进一步验证该方法的工程实用性,为后续工程应用奠定了基础。