纯模态试验激振器调节一般探析探讨.docVIP

纯模态试验激振器调节的一般分析研究 　　[摘 要]模态试验是飞机颤振分析的一个重要环节，试验数据是否可靠需要依赖试验人员去判定。试验过程中出现的各种复杂现象时，尤其在纯模态试验中出现模态耦合，更加需要试验人员细致地调解力比，选择恰当的激励点。因此，有必要对试验过程的一些现象做一些考察，从理论上认识试验中出现的现象 [关键词]模态试验 模态耦合 力比 中图分类号：TU311.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0095-02 1 多自由度振动基本理论 对于一个多自由度线性动力系统[1] （1） 自由度为.其中为质量矩阵，阻尼矩阵，刚度矩阵，激振力列向量。振型为，设激振力为 （2） 为实值列向量， 坐标变换 （3） 其中为复振幅列向量，则系统的稳态响应为 （4） 所以方程变为 （5） 一般假定阻尼为粘性阻尼或者比例阻尼，于是阻尼可以解耦。于是式可以表示为 （6） 其中为模态坐标下的广义质量，广义阻尼，广义刚度。所以，在模态坐标下方程解耦，为个单自由度独立振动 2 力比的理论分析 一般情况下满秩，所以满秩。记 （7） 其中为维空间中个线性无关的列向量，因此可以作为维空间的基，那么对于任意一组激振力一定有 （8） 于是，可以表示为 （9） 其中，为组合系数。所以 （10） 所以（6）式最终可以表示为： （11） 选定，那么由（11）得到 （12） 解为 （13） 其中为第阶模态固有频率，为频率比。所以物理坐标下的振动为 （14） 所以事实上为第阶模态的理想力比[2][3]。也就是如果选定力比为，那么就可以得到第阶模态的振型，也就是说，如果是理想的力比，那么无论是否达到共振状态都可以得到第阶模态的振型。若响应的相位滞后激振力的相位，那么就可以激振出第阶模态的频率 实际情况下，激振设备总是有限的，一般为6个以内，常用的就2-4个。将这几个激振力在下分解，除非这几个激振力恰好在某阶模态的节线上，一般情况下有，那么必定会出现阶模态。所以实际情况下，做纯模态试验，得到的振型一定是个模态的叠加。所以仅从这一点看，指示函数不可能是1. 3 试验中激振点的选择 假设有一台激振器，那么怎么选择最优的激振点的位置，直观上的感觉为振动能量最大的那个点。激振力可以表示为 （15） 由（11），（12），（15）式为了激励出第阶模态，理想情况下是，实际情况下，分量取值越大，并且其他分量取的越小，当然是越理想。假定的第个分量为这个列向量的最大分量，记为.由（15）式得 （16） 取定激振点为第个自由度所对应的点，时，. 显然，时，取得最大值，这时第模态对应的振幅最大。所以实际操作中，首先我们考虑单独只有时，因为激振器有限，最理想的激振位置是被激振的某阶模态振型的幅值最大的位置，但是试验者事先并不清楚振型，所以需要在试验中不停地调整激振点的位置，以达到最佳的激振效果。显然，如果激振点选择在节线（或节点）上，那么，于是，激振不出该阶模态。原则上每一个都会存在，所以会出现耦合情况 4 试验中某些耦合模态的分析 如果，某阶模态的阻尼比相对较大，由于激振点的有限，在一个较大的频带范围之内，，都会明显出现该阶模态。下面考察纯模态试验时，出现两阶模态的耦合以及解耦的问题 首先，考察诸如副翼、方向舵或者襟翼的偏转。比如副翼的偏转试验，只是在副翼上加激振器，如果在机身或者在机翼上面加激振器，会不会出现机身或者机翼上面也有较大的振幅。一般情况下，副翼模态的振型为其绕着转轴旋转，机身和其他的地方的振幅基本为0.理论上可以考察这样一个第阶模态，设 （17） 且该阶模态的阻尼比较大。如果在做第模态的时候，会明显耦合第阶模态。在略去其他阶模态的影响下，实测的模态可以表示为 （18） 其中为复振幅。如果的相位为，且，那么可以断定的相位不为，第个自由度的实部不为0，其余自由度的实部为0.反过来，可以从其余自由度的实部为0来判定第阶模态的频率。所以，对于叠加了副翼偏转模态的模态，一般情况下通过机身判定模态，频率没有影响，振型只是副翼部分有些不同 一般地，如果想要去除阶模态的影响，由（12），（16）式可以得出：为了激振出第阶模态的实际力比，记为，可以得到在个理想力比下的分解，其中在第个理想力比上的分解为 （19） 增加激振力来抵消这个分量，于是 （20） 其中为增加的激振力列向量。由（19），（20）式可以得到，假定增加一个激振器，为了达到最好的效果，显然取，取