结构模态试验中的传感器优化配置研究及实现

论文摘要

在模态试验中,出于实验效果、时间代价和经济成本的考虑,往往希望将最少的传感器布置于最佳位置,即传感器优化配置,以便更快、更好地获得结构动态参数。对于南型复杂结构的模态试验,传感器优化配置显得尤为重要。然而,实际情况是,尽管对传感器配置的研究已经有很多年历史,但南多数模态试验人员往往还是基于经验选择测量点。本文直接针对结构模态试验,研究传感器/激振器的优化配置方法与应用,具有较南的工程价值。论文的主要内容和工作包括:(1)研究三种常用的传感器/激振器配置方法,即有效独立法、模态动能法和基于QR分解的逐步累积法;(2)采用MAC非对角线元素最南值的最小化并结合经济性的方法实现传感器数目的优化配置;(3)以GRATEUR飞机模型为例,分别以不同单元类型和不同网格精细度,建立三种有限元模型,对上述配置方法进行对比研究;(4)以模态试验的振型完整性为目标,增加必要的自由度,得到最终配置结果;(5)选取一种配置方案进行模态试验,验证配置方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和选题依据
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 激振器/传感器优化配置的准则及发展现状
• 1.2.2 激振器/传感器优化配置方法及发展现状
• 1.3 本文研究内容及安排
• 第二章 传感器/激振器的优化配置原理研究
• 2.1 激振器配置原理
• 2.2 传感器配置原理
• 2.2.1 Effective Independence 法配置原理
• 2.2.2 Modal Kinetic Energy 法配置原理
• 2.2.3 基于QR 分解的配置原理
• 2.3 传感器配置数目
• 2.4 结构的完整振型
• 2.5 传感器配置的度量指标
• 第三章 GARTEUR 飞机模型的有限元建模
• 3.1 引言
• 3.2 GARTEUR 飞机模型的概况
• 3.3 GARTEUR 飞机模型的有限元模型的建立
• 3.3.1 基于梁单元的有限元模型A
• 3.3.2 基于壳单元和体单元的有限元模型B
• 3.3.3 基于壳单元和体单元的有限元模型C
• 3.4 本章小结
• 第四章 结构模态试验激振器/传感器优化配置
• 4.1 激振器的配置实现
• 4.2 模型A 的传感器配置
• 4.2.1 EI 法的实现
• 4.2.2 MKE 法的实现
• 4.2.3 QR 法的实现
• 4.2.4 三种配置方法的结果对比
• 4.3 模型B 的传感器配置
• 4.3.1 EI 法的实现
• 4.3.2 MKE 法的实现
• 4.3.3 QR 法的实现
• 4.3.4 三种配置方法的结果对比
• 4.4 模型 C 的传感器配置
• 4.4.1 EI 法的实现
• 4.4.2 MKE 法的实现
• 4.4.3 QR 法的实现
• 4.4.4 三种配置方法的结果对比
• 4.5 模型 B 与模型 C 配置结果对比
• 4.6 本章小结
• 第五章 模态试验
• 5.1 试验准备
• 5.2 模态试验
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文工作总结和展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 传感器优化配置的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文