spContent=结构振动模态分析(Modal analysis of structural vibration)是基于结构振动理论并运用结构振动实验来解决工程结构振动相关的模态参数识别的新兴交叉学科。《结构振动模态分析》是一门具备结构工程的基本理论基础,能反映土木工程学科前沿与国际接轨的创新课程。通过本课程学习,使学生了解结构振动模态分析的方法和研究进展,掌握模态参数识别的时域与频域方法,开拓思路,提高科研分析能力,为后续的科学研究工作做准备。
结构振动模态分析(Modal analysis of structural vibration)是基于结构振动理论并运用结构振动实验来解决工程结构振动相关的模态参数识别的新兴交叉学科。《结构振动模态分析》是一门具备结构工程的基本理论基础,能反映土木工程学科前沿与国际接轨的创新课程。通过本课程学习,使学生了解结构振动模态分析的方法和研究进展,掌握模态参数识别的时域与频域方法,开拓思路,提高科研分析能力,为后续的科学研究工作做准备。
—— 课程团队
课程概述
结构振动模态分析,涉及结构力学、结构动力学、结构随机振动、结构信号处理和计算机程序语言等相关学科的内容,可为建筑工程、桥梁工程、车辆工程等众多工程学科中涉及到模态分析科学研究问题提供积极有效的理论分析和技术研究手段。
本课程的重点是结构振动模态分析的理论基础。难点是模态参数识别的频域方法和时域方法,以及在特定工程对象下确定结构模态参数的基本原则及方法。
本课程的教学方法主要包括:理论授课、案例分析和课堂讨论三种主要教学方法。
理论授课部分分为线上学习和线下授课两部分。线上学习教师可充分利用互联网和多媒体手段,引进近年来结构中的振动模态分析问题案例,从而使学生更好理解结构振动模态分析实验过程,弥补课堂授课环节不便于直观演示和多媒体查验的教学内容。
线下理论授课学习环节将注重加强理论难点和重点知识的推导,以及工程案例的分析。针对不同的工程案例,启发学生独立思考工程案例中相关理论知识、并通过实际工程提出需要解决的问题和讲解相关的知识理论,启发学生发现问题,并独立解决实际工程问题,提高学生独立收集、归纳、提炼工程问题中与之对应的理论知识的能力,使学生在学习理论知识基础上掌握一定的基本实践基础。两种授课手段互相补充,共同完成理论授课部分的教学任务。
授课目标
结构振动模态分析主要讲授模态分析理论与模态试验,通过对模态分析、实验模态分析、数字信号处理、模态参数识别、模型验证、模态参数应用以及模型修正和预试验分析等基本理论的讲解,使研究生掌握结构振动模态分析的基本方法;并通过模态实验分析了解结构的动力学特性,进而修改模型、优化设计,培养学生分析工程案例中结构振动模态分析问题中涉及的基本理论,提高学生分析与解决结构振动模态分析的能力,为学习后续有关专业课程以及将来进行结构设计和科学研究打下理论基础。
成绩 要求
课程成绩评定标准:
讨论,在总成绩中占比10% ;
作业,在总成绩中占比20% ;
单元测试,在总成绩中占比10%;
期末测试,在总成绩中占比60% 。
合格证书标准:
总成绩60分及以上
优秀证书标准:
总成绩85分及以上
课程大纲
模态分析理论基础
1.1引言
1.2单自由度系统的振动
1.3单自由度系统频响函数的各种表达形式及其特征
1.4多自由度系统的实模态分析
1.5多自由度系统的复模态分析
1.6 拉氏变换的方法及模态参数的标度
1.7 常用激励下的频响函数及频响函数与脉冲响应函数的物理意义
时间历程的测量
2.1 引言
2.2 实验结构的支撑方式
2.3 激励方式
2.4 激励装置
2.5 激励信号
2.6 测量系统
2.7 激振器实验
2.8 冲击实验
动态测试后处理
3.1 引言
3.2 从无限长连续信号到有限长离散信号的实现过程
3.3 采样、采样定理和混频现象
3.4 泄漏和窗函数
3.5 离散傅里叶变换
3.6 选带分析技术
3.7 平均技术
3.8 噪声对频响函数估算形式的影响
3.9 动态测试及后处理中应注意的一些问题
模态参数识别的频域方法
4.1 引言
4.2 最小二乘法
4.3 单模态识别之一:最小二乘圆拟合法
4.4 单模态识别之二:
4.5 多模态识别之一:非线性加权最小二乘法差分法
4.6 多模态识别之二:直接偏导数法
4.7 多模态识别之三:Levy法(多项式拟合法)
4.8 多模态识别之四:正交多项式拟合法
4.9 分区模态综合法
模态参数识别的时域方法
5.1 引言
5.2 随机减量技术
5.3 ITD方法
5.4 最小二乘复指数法(LSCE)
5.5 ARMA时序分析法
5.6 多参考点复指数法(PRCE)
5.7 特征系统实现法(ERA)
模态分析在工程中的应用
6.1 引言
6.2 模态分析在结构性能评价中的直接应用
6.3 模态分析在结构动态设计中的应用综述
6.4 载荷识别
6.5 灵敏度分析
6.6 物理参数修改
6.7 物理参数识别
6.8 再分析
6.9 结构优化设计
6.10 模态分析在故障诊断和状态监测中的应用
6.11 模态分析在声控方面的应用
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预备知识
参考资料
1.《振动结构模态分析——理论实验与应用》(第2版),曹树谦,张文德,萧龙翔编著,天津大学出版社,2014年9月
2.经验模态分解在振动分析中的应用,杨永锋,吴亚锋,国防工业出版社,2013年11月
3.基于振动测试的结构损伤识别若干方法研究,刘龙,上海交通大学出版社,2014年4月
4.声振模态分析与控制,(日)长松昭男等编著;于学华译,科学出版社,2020年12月
5.海洋平台结构模态分析与损伤检测,李华军,刘福顺,王树青,科学出版社,2017年6月
6.模态分析与实验,张力,林建龙,项辉宇编,清华大学出版社,2011年