[发明专利]基于固定界面模态测试数据的自由界面频响函数计算方法

说明书

本发明公开一种基于固定界面模态测试数据的自由界面频响函数计算方法，包括以下步骤：(1)将待测自由度分为两组，首先固定第二组，将第一组各个自由度依次进行扫频测试，测得激励自由度的位移相应以及每个固定自由度的约束力。(2)固定第一组，将第二组依次进行扫频测试，测得激励自由度的位移相应以及每个固定自由度的约束力。(3)依次解利用所得数据形成的频率响应函数平衡方程组，即可获得所有自由度的原点、跨点频率响应函数。本发明可以保证实验所得数据有唯一的频率响应函数解，同时可以方便地获取被测对象的频率响应函数。

技术领域

本发明属于模态测试技术领域，特别是涉及基于固定界面模态测试数据的自由界面频响函数计算方法。

背景技术

系统频响函数的测试是模态分析的重要组成部分，获得高精度的频率响应函数是对研究对象进行下一步分析、优化的必要条件。待测对象的所有界面自由度都没有任何约束时的频率响应，即所谓自由界面频响函数。但是这种完全自由状态是一种理想状态，在实际测试中很难实现。因此，在实际操作中经常用弹性支承或者弹性材料悬挂以模拟自由条件。但是，这种方法只能近似模拟自由条件，以实测频响函数直接代替自由界面频响函数不可避免会带来一定误差。因此需要一种方法来使自由界面频响函数的获取更加准确。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于固定界面模态测试数据的自由界面频响函数计算方法，本发明通过进行两组固定模态实验来获得界面固定条件下输入输出关系，以此形成平衡方程组，通过解方程组来获得自由界面原点与跨点频响函数。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：基于固定界面模态测试数据的自由界面频响函数计算方法，包括以下步骤：

(1)将s个待测试自由度分为两组，第一组a个自由度(n₁,n₂…n_a)，第二组b个自由度(n_a+1,n_a+2…n_s)；分组依据为便于以分组结果进行固定以及方便进行测量；

(2)进行第一次模态实验，将第二组的b个自由度全部固定，在每个固定点设置力传感器，并分别以正弦扫频方式激励未被固定的a个自由度，记录每个扫过的频率对应的激励力以及每个固定点的响应力；

(3)进行第二次模态实验，将第一组的a个自由度全部固定，在每个固定点设置力传感器，并分别以正弦扫频方式激励未被固定的b个自由度，记录每个扫过的频率对应的激励力以及每个固定点的响应力；

(4)利用所得实验数据形成s个力-位移平衡方程组，解这s个力-位移平衡方程组即能够获得待测自由界面频响函数。

进一步的，步骤(1)中待测自由度为s，s的取值大于1，若仅需测试单个自由度，则需要在待测结构中另外选择一个合适自由度参与测试。

进一步的，步骤(2)、(3)中，每次只有一个自由度被主动输入激励力，最终获得s组输入与响应的数据组。

进一步的，步骤(4)中，s个待测自由度共有s²个待求频率响应函数，因为频率响应函数的互异性，所以实际一共需要计算得到s(s+1)/2个频率响应函数，剩下的频率响应函数通过上三角频响函数矩阵转置得到。

进一步的，步骤(4)中依次解出所有自由度的原点及跨点频响函数的过程中，因频响函数的互异性，仅第一次需要直接解出全部频响函数，后续每次需要求解的频响函数个数依次减1。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明的方法利用固定界面模态测试所得数据建立频率响应函数平衡方程组，求得所需的自由界面频响函数，避免了直接利用悬挂测试等近似模拟自由界面条件的测试方法所得频率响应函数作为自由界面频率响应函数所带来的理论误差。