QJ 2551-1993 大型运载器模态试验计算机数据.采集与处理方法.pdf

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1、Q.J 中华人民共和国就空能天工业部最天工业标准QJ 2551-93 大型运载器模态试验计算机数据采集与处理方法19妇0330发布19雪310-01实施中华人民共和噩黠空航天工业部发布b.试验方案吉4. 2 一般要求QJ 2551 93 硬件和软件的配置应能满足4.I条中规定前技术要求4. 2. 1 系统中硬件一般采用数字型，也可以采庭模拟J数字混合理z典型的模态试验数据采集与处理系统框惑，妇图i所示a4. l. 2 系统中约应混软件可以选Jlj标准程序或用理家规定剖标准程序设计法言进行编程。4.2.3 系统投入使用前应进行检验检验泪计算机仿真或典型信号进行，并通过分革开确定系绞是否处于正常使

2、用状态，4.2.4 新系统首次使)!j前应通泣评审主主鉴定，其结果应以书百形式存档雹/, & 抗i呈证ii!i莲波器JL时些二iiE 二！i：一li旦医l模态试捡数据采集与处理系统框汹QJ 2551-93 4. 3 硬件4. 3. l 数摄采集装重一段包运抗湿低遥法古董器多i重道转换禄、采祥与保持和模数转按器等4.3.l.l 数据采集装置豆豆选用高速型，一般转换速率应大于100坠王z.4.3. l.2 数据采集装置约输入量程应与前司所连接约放大器量程和医配，通窜选用土到（峰峰组）4. 3. 1.3 缤墨宝转换器挑动态范围应大于70dB，通常选后具有12位二进制分辨率的转换器4.3.l.4 当既

3、要求豹测量遥道较多，或所选取约模数传换器的转换速率不足以支持/if.要求约J量点数的采集需要对，应进行分豆豆采集双机并联或多校联湾4.3.1.5 抗混11违法波裂的姐带衰减率应不小于40dB/oct。4.3.2 计算机处理系统一般包括计算机及输入输出设备，4.3.2.l 选用小型税或敛辄得为处理机，缴税内有应不小于2v!B，小型机只存豆豆不小于8MB，硬盘不小子10除烛，4.3.2.2 输输出设备包括具有高分辨率的影色显示器、打印汉、小翠绘图仪拷贝氛和其它磁记录器4. 4 软件4. 4. I 性主主要求a.操作方便在灵活，界百友好ii一定约扩究除均可移置于幸，良好的容错能力，d.必要肘，与其它

4、系统在数据主应具有可交换性4.4.2 功能模诀4.4.2.1 几何摸翠模块包括a.结构的几伺座标、单位连续与标识；b.测量点位置与方向，c. 激苦三点f1:一置与方向4.4.2.2 信号采集模块包括遥远的类破1量理、灵敏度、符号、标识与分组，b.模数转换器参委主约设定（夹丰草率领采洋点数与采集约帧数等，模f数转换器刘启动f停止控制4.4.2.3 函数处翠模块包括t窗运数的处毯，b，快速i寸星3十变换（FIT）与谱处理，3 QJ 2551 93 领略ill数（F丑F）约处理；d.求和、平均、室主战平滑细化（ZOOM）等处理，4.4.2.4 君主态参数渠取模块包括：a. iE弦教振下楼态参数的处理

5、，也洒钱数振下模态参数民主主理z4.4.2.5 试验数据品质评定模块包括a.试验准则捡查评定计算，b.主振型i罕定计算4. 4. 2.岳数据管理模块包括a. 数据的存储检索与输出，b.凶形显示与输出，结构摄里约显示与范化，d.数擦约传输34. 5 系统侯耀要求4. 5. l 计算权处理系统毛数努采集装置及其所连接将设备接组应可靠2牢同B接地宣;f电阻应不大于3Q。各设备仪器的接地点不应串接4.5.2 机房的温度、湿麦、电源等条件一般借况下按GB2887中规定的B级要求执行s5 墨宝锯采集5. 1 测量和激法参数准备应包括下3日；参数a. il!重设备和激振设备的灵敏度校准结果以及通道的量程和单

6、位；b. ij!t；重点和激苦差点的位置、座标和方向55. 2 采集爵的准备5. 2. 1 数据采集龄必须对遐道的E;接状态如信号进行检查，检查楼下述方法进行a. :f1J!l己知约正弦！言号串串入各通道，速过采集显示及波形检查，边定各透道的连接、增益和相位清况，b.通过低量级激励结构，检查传惑器是否失灵电缝插头是否松股毛导线是否断开以及传惑器安装方向是否正确等，c.必要弱，对个月！i王道主号连接状态可以采)jj单独编入信号约方法进行检查，5. 2. 2 多通道使泊时，应根据玉皇场情况和条件，采取屏蔽、接地等措施。5. 3 正弦信号数下自号数据采集5. 3. l 模据毅振振率人，破定模；数转换

7、时的采样率人，遂索取f，为（10100）儿，5. 3. 2 每锁的被采样点数N应保证能够获得几个完整的莉应波形，遂常运政3204 QJ 2551-93 个孩彩5. 3. 3 若原始信号中大于最高分析频率fmu的高核反分与所希望的信号产生运迭应选取抗混1li通滤泼楼s. 3. 4 激罢王力信号作为数据处理的基准信号，并与院应信号同步采集。5. 4 撞机信号言it露态激援下能数据采集5. 4. l 根据分析约要求，稳定分获频率的上1民和F限事5. 4. 2 根据极率分辨率在f，调整采样率f，和续采样点数N应满足f,?2.5绍“和N? f, I！.，并取N2(n为正整数，通常取n泊，N=1024).

8、 s. 4. 3 采集的领数N，噎棍击吾所要求自号统i十误差c来确定骂豆白l04, 5. 4. 4 信号在采集前应通过我混低通滤波器，抗混条通滤波器的截止猿率r，应设定大子信号中幸亏最高分析频率！.豆小于采样频率的一半通常重l.f，异l.If .,. 5.4.5 若分析频率部下混不是0江z，到j应适用离遥法波器B6 数据处理6. 1 一段为法6. 1. l 根家数据获取方法不畏，选取窗函数6.1.1.1 3幸冲激振时，为信号采用变宽度的矩形窟，精应信号可采用指数窗（e息，笃声号，笃出信号衰草草速麦丽定）6.1. l.2 翅极信号毅振对，采用海宁窗6.1.1.3 对幅汪精凌要求较高时，采层平累窗

9、。6.1.1.4 妇窗F应考虑窑函数对数据产生的不对影响，如海宁葱会主3大主草草宽度降低分辨率；矩范窗约旁黯较大，指数窑会使阪尼比增大，f主司自应i峰变低变号墨等b6. 1. 2 正主Z信号激振时采集的数据，可以逐过分析计算E立法泼的方法获取该顿率下的有关摸态参委主在正弦扫摘自t过程中，可以得到幅旗和柜猿曲线，一般清况下，正弦激振得数据不然窗处理6. I. 3 随机信号激振或瞬态激法Ja才采集的数据，放窗处理J后，首先计算领略函数，然后提家模态参数a6. l. 4 试捡过程中，应计算并给什z试验数据的占主j贾a6. I. S 应运挺4.I条的要求，对数据进行求和毛平均、平滑处理z6. I. 6

10、 隧汉信号：革时，iiJ逐过细化处理，提高频率的分辨率，6. 2 正弦话振手串E音量、铝位在号计算6. 2. l 在正弦谐振清况下，按附录A（补充件的方法，通过采集刻数据，计算洛振频率亨的各洗室点隐应的搞运和相位，6. 2. 2 按下式修正相位Ui:5 QJ 2551-93 百，二叭。A;. . . (I) 式中，；1点实际的相位，rad; 1点按附录A（补充件）计算得到的相位，rad; 基准相位值，rad;A；一由于采样和滤波器相频特性等因素造成对l点的相位差，rad.6. 3 随机信号激振（或瞬态激振）下模态参数的计算6. 3. I 按附录B（补充件）中B2条的方法，对采集的数据计算频率响

11、应函数若响应信号中噪声较大时，采用日1，若输入力信号中噪声较大时，用H，否则，可选用吨。6. 3. 2 可按附录c（参考件）的方法，计算模态指示函数或共辄累加利函数，并从这些函数上选定响应峰及分析频率带宽固6. 3. 3 按附录B（补充件）中的条的方法，计算相干函数，检验响应信号是否由激振信号所产生国6. 3. 4 在频响函数的幅频或相频曲线上估算模态参数，参见附录D（参考件）6. 3. 5 模态参数识Ji1J1f法6.3.5.1 当模态搞合和阻尼都不大时，可采用峰值搜索法和矢量圆拟合法6.3.5.2 当模态泪合较大有噪声污染时，可选窄带范围内频响函数数据，采用正交多项式总体曲线拟合法36.3

12、.5.3 当模态密度较大，结构阻尼较大时，可采用时域模态参数识别法56. 4 事相位步进正弦信号激振下的数据处理6. 4. I 计算n个激振点下的各种相位组合时的频响函数，6. 4. 2 将a个激振点的2l种相位组合下的所有频响函数组成一个复合谱阵6. 4. 3 对复合谱阵进行压缩，转化为等效的频响函数6. 4. 4 根据等效的频响函数进行模态参数识别，6. 5 模态阻尼比的确定6. 5. I 对结构应根据实际情况做粘作阳尼的基本假设固6. 5. 2 按下列方法计算模态阻尼比a. 自由衰减法、半功率法或QJ2432附录B（参考件）中的方法，b. 矢量圆拟合法，参见附录D（参考件）。6. 5.

13、3 当利用自由衰减曲线计算模态坦尼比时采样率f，与激振频率！.之间应有！.20/, . 6. 6 振型斜率值的计算振型斜率值按下式计算6 式中： 1阶振型斜率值，l/m; n, l阶振动角速度，rad!s; f, 1阶振动频率，Hz;QJ 2551 93 一旦2j】X,x, I阶）3一化点振动位移幅值，m.6. 7 振型归化处理应取某个指定的响应在作为归一化振型的基准，对振型H拉规一化处理56. 8 试验数据品质的评定计算6. 8. 1 试验准则检查的计算方法，参见附录c（参考件） 6. 8. 2 主振础评定的计算方法，参见附录E（参考件），6. 8. 3 数据有效性检查计算见QJ2432中9

14、.2. 1条s6. 8. 4 评定的技术指标见QJ2432中9.2.4条2(2) 7 QJ 2551一93附录AE弦谐振下幅值和中日位的计算（补充件）Al 求解下列方程中的U与Vl:s: LS,C, t; L:s,x, . (Al) L:c,s, L:c: v L:c,x, 其中s，sin(2f,ilit) (A2) C】二ft得的匠，A。一激振频率儿1、自l幅值，m;笃。i.监振频率f。1、约相伏，rad.8 QJ 2551-93 附录B频率响应函挝（FRF）的计算（补充件）Bl 自谱和互i吉函数的计算) l234 RDunnnp ( 的* XYXY - ) JJJ俨JrJJrj( XYYX

15、 一一一一一XYXE XYYX GGGG G(i）二Gtx(i) (BS) 式中G (i). G言Y(i). Gyx (i) Gxy (i) 响应值X、输入力Y的自i普及其互i吉函数，xu，X旷）响应值的付氏谱及其共衍，YU),Y(f) 输入力的付氏i晋及其共电IT.Bl 频率响应函数（F且F)按下列公式之一计算L Gn (i) H，五二；(B6) (87) (B 8) 9 QJ 2551-93 式中Gxx （仆，Gyv(i）、Gvx(i)由公式BlB3计算的结果，P一有效帧数(i=l,2,P), 频率响应函数（FRF）的品质由相干函数确定，相干函数按下式计算(B9) )1 17) (-l 一

16、（x-j 曲Y一飞G一户UPE巳E- ）一）- -l （一（x-x y-X G-G PT叶FT约一2 74 B3 GYX (i) G:x(i) 由公式BlB5计算的结果，（i=l,2,P), 式中f一相干函数，G xx (i）、Gyy(i）、p 有效帧数目10 QJ 2551 93 附录C试验准则检查计算方法（参考件）-(Cl) 模态指数函数M!F按下式计算艺、明可R M!F二L丁工(R.+I.lCI 式中M!F一模态指示函数M!F(/); 氏、I 响应在1的实部和虚部分量，(i l，丸, p) ; p n自应占数2口H H PT一一一G 共草E累加和函数按下式计算。Cl ( i二l,2, ,

17、 p) , 式中G共辄累加和函数GUl. 矶，H响应点1的频口店函数值及其共辄，p 响应点数。工R,e arctg斗一（C3)2: I l l 总体相位角按下式i：算C3 QJ 2551 93 式中。总体相位角。(f);R, I 响应在1的实部和虚部分量，（i二I,2, , P); p 响应，！，数目C4 实部、虚部tt由下式计算IR; T气L一(C4) I I; 式中。T一实部、虚部比函数T (j); R, I, 响应点1的实部和虚部分量，(i 1，丸p); p 响应点数。12 QJ 2551 93 附录D模态参数的识别（参考件）DI 单点激振节约峰值搜索法原理框国见国DL 作出颇响函数的实

18、部相虚部曲线选取某特fL！：，从其虚顿曲线的崎值处（或在峰值附近做一阶多项式曲线叫膏，找峰值），确定同有频率Jc利用吨值洁n算模0阻尼比L 哩：川虚部分量值叫型值交.）振型it归ft处理ii算r义11.l:t（相时l点）Kp 一c l0c (Jc) 2( 式中p 撒振点处归一化振型值!, (f,) l点姓响应的虚部分量值; 恪咐：阻尼比二:,1, _IS_与 (2元儿 因DI13 QJ 2551 93 D2 正交多项式总体曲线拟什法原理枉图见国Dl,计算所有测点的频晌闲散的平均值时平均拥响函数的分母项作正交$项式曲线以告通过ji!;什母似含多项式为埠，找到极点值，情JI固有频率和模态阻尼tt通

19、过罔数的！算1估计报型值国DlD3 矢量圆拟合法原理框因见凶D3.14 取频响函数的峰值附近610个点的数据作最、一乖拟告失量圆从矢壁画上由（l1Sill/) IO处确定罔句频率I,其中t.S 弧f 弧长上的颇率变化率l 在用有顷旦在前后11:f，、儿二点，JI：算模态阻尼比 f, f, 、王币1可2tg(BJ写T式中，2 对0.f【f，的圆心角| 取行响应点晴圆的直的报型值| 对i荒型作归一化处理因D3QJ 2551-93 D4 多参考点时域模态参数识j;IJ方法原理框图见图D4.囱?J:测自由响应信号和输入力信号构成频响函数矩阵，对其道行付氏道变换，求得脉冲响应矩阵用奇异值分解的方法检验脉冲响应函数矩阵的自相关阵的秩，然后建立脉冲响应函数矩阵井经过主分量缩减处理的等效脉冲响应函敖矩阵对等敢脉冲响应函数矩阵求解模态盎数，然后与原始测量的响应信号选衍比较，若盖异主火，则将模型阶次增加L再重复主分量缩减处理，直到得到具有一定精度的整体模态盎数因D415 QJ 2551 93 附加说明本标准由航空航天工业部七O八所提出本标准由航空航天工业部七。二所负责起草，本标准主要起草人王茂义、薄淑琴、孔凡平17