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试论模态分析在工程结构中的应用
作者:涂杨志  文章来源:中国论文联盟  点击数  更新时间:2013/11/6 12:43:12  文章录入:web13741  责任编辑:web13741

到反映,但并非是很敏感的,有的局部变化甚至是不敏感。例如,在某阶振型的节点(该处振幅理论值为零)处附加质量,对该阶模态参数就不会引起变化,所以我们常常能够通过模态参数的变化来检测结构局部损伤,但不能检测非常小的局部损伤。实践说明,在结构动特性中,振型对局部损伤的敏感性大于其它参数的敏感性,而应变模态振型比位移模态振型更敏感。

  众所周知,结构在脉冲激励下作自山振动时,由于结构阻尼的存在,其响应将逐渐衰减。理论,结构的动力响应可视为各阶模态按不同比例叠加的结果。对于结构位移响应而言,高阶模态的位移贡献相对较小,而低阶模态的位移贡献相对较大。因此当结构自由振动时,不少人认为结构的模态阶数越高,其响应衰减的速度就越快,最后保留的部分响应是以结构第一阶模态所作的自山衰减振动。目前,这」直觉甚至被当作结论被L程界所接受,并在许多上程结构的动态测试中应用,特别是被用来确定结构的第一阶固有频率和阳尼系数。从结构的位移响应中获得的这直观结论,在振动理论尚未给予明确的回答。事实,并非所有程结构都表现为“结构的模态阶数越高,其对应的位移响应衰减的就越快”。

  2工程实例

  湖北省秘归县三峡库区一钢筋混凝上结构转体施1.拱桥(土跨105米)的成桥动力试验中,为了获取桥梁在车辆激励作用下的自由振动响应信号,在桥而一3/8处(点A1),1/8处(中点A2 ), 3/8处(点A3), 1/4处(点A1),分别布置了加速度传感器(桥梁结构示意图如图1所示)。

  桥梁结构在不同速度的载重车辆的激励下,其振动的自由衰减响应信号由低频加速度传感器获取,经过电荷放大器、滤波器后,送数值信号采集分析系统作频谱分析。

  A1点的加速度响应频谱如图2所示,结构的第1至4阶固有频率分别识别为2.12Hz, 3.54Hz, 4.781-Iz和G.44Hz;而由A2点的加速瓜响应频谱分析仅识别出结构第2阶和第4阶固有频率:3.54Hz和G.44Hz(对称点的响应信号无法识别出反对称的振动模态,即该结构的第1阶模态是反对称的)。如果将A1点的加速度自伯响应信号经过一定时间衰减后(截取信号的后部分,其类似d单自由度振动系统的自由衰减响应信号),对其作余振波形分析,固有频率为3.SOHz;如果对其信号作频谱分析,识别的固有频率为3.54Hz,皆为结构的第2阶固有频率。其分析结果表明该桥梁结构的第2阶模态比第1阶模态衰减得快,即结构自由振动时各阶模态衰减的快慢并非一定按模态顺序排列。同时必须指出的是,在许多成桥动力检测中,目前仍然应用结构的余振波形来确定结构的第1阶固有频率和阻尼比,这样就很有可能将结构的高阶模态参数误作为第1阶模态参数,进而对结构的建造质量和技术性能作出错误的判断。

  3结论

  通过对结构动特性的研究,在结构振动控制、结构动力特性优化设计、结构动力修正、结构故障诊断等上程应用方而都会取得长足进展。本文仅利用工程结构模态分析归纳以下一几点:

  (1)结构自由振动时各阶模态衰减的快慢并非一定按模态顺序排列。特别是自由响应信号经过一定时间衰减后的截取信号,尽管类似于单自山度振动系统的自由衰减响应,但不一定就是结构的第1阶响应信号;

  (2)根据结构的土导模态,可确定结构可能发生破坏的部位。将静力安全系数和动荷系数统一起来,应用静强度理论进行结构设计,还可预测结构的动应力分布。

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