1.一种针对自由模态测试消除频响函数中悬挂支承影响的方法,其特征在于:针对单点悬挂,假定结构体C的自身刚度足够小而不能忽略悬挂支承的影响,结构体C悬挂于s点处,悬挂支承效果等效为ks刚度的弹簧和大小为cs的阻尼,p点为激励点,l点为测量点,其中“p点”和“l点”为结构体上任意两点;为了消除悬挂支承的影响,在s点施加“虚拟支承”,“虚拟支承”中的“负刚度”k′s=-ks和“负阻尼”c′s=-cs抵消了悬挂支承的影响,使结构体等效为自由状态;
为便于分析,将s点拆分为两个点s点和s′点,在“虚拟支承”中,用s′点来表述s点;
视悬挂的结构体C为子结构Ⅰ,“虚拟支承”为子结构Ⅱ,则子结构Ⅰ和子结构Ⅱ结合即得到自由结构体;
对子结构Ⅰ和Ⅱ分别进行分析;
对于子结构Ⅰ,建立频域下的输出位移响应和输入力的关系,
其中,Xl和Xs分别表示子结构Ⅰ在l点和s点处的位移响应,Fp和Rs分别表示子结构Ⅰ在p点和s点所受的作用力; 表示悬挂状态下l、s点之间的位移频响函数; 表示悬挂状态下s、p点之间的位移频响函数; 表示悬挂状态下s点处的原点位移频响函数; 表示悬挂状态下l、p点之间的位移频响函数;
对于子结构Ⅱ,同样建立输出位移响应和输入力的关系,
X′s′=αs′s′Rs ′ (2)
式中,
其中,X′s′和Rs′分别表示子结构Ⅱ在s点处的位移响应和所受的作用力;αs′s′表示子结构Ⅱ在s点处的原点位移频响函数;jω中j是复数单位,ω为频响函数自变量;
连接点s或s′处力和位移的约束条件分别为
Rs+Rs′=0 (4)
Xs=Xs ′ (5)
联立式(1)~(5),得到
式中,αlp表示自由状态下l、p点之间的位移频响函数; 表示悬挂状态下l、p点之间的位移频响函数;为了避免混淆,命名自由状态下的频响函数为“准确频响函数”,悬挂状态下的频响为“实测频响函数”,即αlp为准确频响函数, 均为实测频响函数;
根据式(6)可知,准确频响函数αlp和实测频响函数 有所差异,而这种差异正是由于支承的刚度和阻尼导致;而且在悬挂刚度ks和阻尼cs给定的情况下,通过测量与悬挂点s相关的频响函数可计算得到准确频响函数αlp,即达到消除频响函数 中支承影响的目的。
2.根据权利要求1所述的针对自由模态测试消除频响函数中悬挂支承影响的方法,其特征在于:对于加速度频响的情况,需将式(6)左右乘以-ω2,即得到加速度频响和准确加速度频响之间的关系式(7)式中,A均代表加速度频响函数,Alp表示自由结构体l、p点间的加速度频响函数; 表示悬挂状态下l、p点之间的加速度频响函数; 表示悬挂状态下s、p点之间的加速度频响函数; 表示悬挂状态下l、s点之间的加速度频响函数; 表示悬挂状态下s点加速度原点频响函数;只要支承刚度ks和支承阻尼cs大小已知,就能通过测量与悬挂点相关的频响函数来获取自由结构的频响函数Alp。
3.一种针对自由模态测试消除频响函数中悬挂支承影响的方法,其特征在于:针对多点悬挂,假定结构体C的自身刚度足够小而不能忽略悬挂支承的影响,结构体C处于多点悬挂状态,悬挂点分别为1、2、…、n;每个悬挂点支承刚度为ki,阻尼大小为ci,i=1、2、…、n;p点为激励点,l点为测量点,其中“p点”和“l点”为结构体上任意两点;为了消除悬挂支承的影响,依次在每个悬挂点处施加“虚拟支承”,“虚拟支承”中的“负刚度”ki′=-ki和“负阻尼”c′i=-ci分别抵消各悬挂支承的影响,从而得到自由状态的结构体;
为便于分析,将悬挂点si点拆分为两个点si点和s′i点,在“虚拟支承”中,用s′i点来表述si点;
将原悬挂的结构体C视为子结构Ⅰ,将虚拟支承视为子结构Ⅱ、Ⅲ、……;对于子结构Ⅰ,建立频域下的输出位移响应和输入力的关系,其中,k=1、2、…、n,Xl和Xk分别表示子结构Ⅰ在l点和k点处的位移响应,Fp、 和Ri分别表示子结构Ⅰ在p点、Si点和i点所受的作用力; 表示悬挂状态下l、p点之间的位移频响函数; 表示悬挂状态下l、Si点之间的位移频响函数; 表示悬挂状态下k、p点之间的位移频响函数; 表示悬挂状态下k、i点之间的位移频响函数;
对于子结构Ⅱ、Ⅲ、……,同样建立输出位移响应和输入力的关系,
X′k=α′kkR′k (10)
式中,
其中,X′k和Rk分别表示子结构Ⅱ、Ⅲ、……在k点处的位移响应和所受的作用力;α′kk表示子子结构Ⅱ、Ⅲ、……在k点处的原点位移频响函数;jω中j是复数单位,ω为频响函数自变量;
连接点s或s′处力和位移的约束条件分别为:
Rk+R′k=0 (12)
Xk=X′k (13)
联立式(8)~(13),得到
α(s)·F=X (14)
式中,
求解式(14),得
式中,αlp表示自由结构体l、p点间的位移频响函数; ……表示悬挂结构体的位移频响函数;α′11,α′22……表示添加的虚拟支承分别在1、2……点处的原点位移频响函数;式(15)表明,对位移频响函数 修正需要额外测量与悬挂点1,2…n相关的多个位移频响函数,所需测量的位移频响函数数量随着悬挂点的增多而增加;
从式(15)推算出,对于N点悬挂的情况,修正 需要额外测量(N2+5N)/2组位移频响函数,分别为原点位移频响函数 和跨点位移频响函数这些位移频响函数均与悬挂点相关;以上结论是针对激励点p、响应点l和悬挂点1,2…n均不重合的情况,当它们其中某些点重合时,式(15)会适当简化,修正工作中所需测量的位移频响函数也会适当减少。
4.根据权利要求3所述的针对自由模态测试消除频响函数中悬挂支承影响的方法,其特征在于:对于加速度频响的情况,只需将式(15)两端分别乘以-ω2即得到加速度频响函数A的表达形式,式中A均代表加速度频响函数,Alp表示自由结构体l、p点间的加速度频响函数; 表示悬挂状态下l、p点之间的加速度频响函数; 表示悬挂状态下n点处加速度原点频响函数;
A′11,A′22……A′nn分别表示添加的虚拟支承在1、2……n点处的原点加速度频响函数。