陈 伟, 顾晓华, 张永强

(中国航发商用航空发动机有限责任公司,上海 200241)

振动模态参数对于结构动态特性优化有着重要且不可替代的作用。自20世纪70年代发展至今,试验模态分析成为实验室条件下静态获取结构模态参数的可靠手段。通过力锤或激振器实现人工激励,同时测量结构的响应信息,基于系统的输入和输出构造频响函数,最后使用多样的参数辨识算法进行模态参数的辨识。然而,在役结构工作环境下的边界条件有别于实验室环境,载荷条件也更加复杂。

为了解决在役结构模态参数辨识问题,工况模态分析(或称工作模态分析、环境激励下模态参数辨识)在20世纪90年代应运而生[1-2],仅基于被测结构工况环境下的响应便可辨识其模态参数。工况下结构的模态参数辨识可真实反映结构在真实边界条件下的动力学特性,且认为在结构响应中占优的频域成分即为对结构影响较大的模态。对处于复杂环境或载荷条件下的试验件,如转子叶片的“硬化”特性、流固耦合、热变形等,工况模态参数辨识算法依然适用,且能够捕捉结构在复杂环境下的真实动力学特性。此外,该测试方法依赖于环境激励或结构本身作为载荷,极大地减少了人工激励的成本,避免了对试验件的损伤[3]。

大型机械装备往往含有转子部件,如航空发动机、燃气轮机、直升机、汽车等等。转子部件在运行过程中必然带来周期性谐波激励[4]。工况模态分析的理论框架建立在宽频随机激励(或白噪声)的基础上,因此认为测量数据所识别的模态皆与被测系统的极点有关。……