基于環(huán)境振動的實(shí)驗?zāi)B(tài)分析主要針對一些激勵不可測的工程問題,如研究飛行器在飛行中的運(yùn)行模態(tài),或諸如海洋平臺、橋梁、摩天大樓之類難以施加激勵的大型 結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。 本文重點(diǎn)研究了隨機(jī)子空間方法在環(huán)境振動模態(tài)分析領(lǐng)域的應(yīng)用。針對隨機(jī)子空間法在工程應(yīng)用中耗時長的不足,本文還研究了工程應(yīng)用中比較經(jīng)典的自互譜法,該 方法可以作為隨機(jī)子空間法的補(bǔ)充。 首先,通過查閱大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),對環(huán)境振動模態(tài)分析領(lǐng)域的狀況作了綜述,闡述了基于環(huán)境振動的模態(tài)分析在現(xiàn)代工程應(yīng)用中的重大意義,詳細(xì)介紹了該領(lǐng)域 各種方法的發(fā)展歷程,并說明了相關(guān)方法的研究振動分析現(xiàn)狀。其次,研究了自互譜法和隨機(jī)子空間法的理論。自互譜法作為環(huán)境激勵實(shí)驗?zāi)B(tài)分析的一種實(shí)用的經(jīng)典方法, 用響應(yīng)點(diǎn)和參考點(diǎn)間的功率譜曲線來代替頻響函數(shù)曲線,并由響應(yīng)點(diǎn)和參考點(diǎn)之間響應(yīng)的傳遞率得出振型。本文通過對相關(guān)理論的推導(dǎo),說明了自互譜法與基于頻響 函數(shù)的峰值攝取法是近似相通的,同時對該方法的優(yōu)缺點(diǎn)作了敘述。隨機(jī)子空間法是本文的論述重點(diǎn),它運(yùn)用了行空間投影的理論,通過QR分解和SVD分解以及 最小二乘估計來識別離散后的系統(tǒng)狀態(tài)空間矩陣,從而得到系統(tǒng)的動力學(xué)特性參數(shù),識別精度較高。本文詳細(xì)的推導(dǎo)了隨機(jī)子空間法的理論公式,并編寫出相應(yīng)的 MATLAB程序。通過對不同噪聲工況下一個二階系統(tǒng)的仿真,驗證了該方法的精確有效以及良好的抗干擾特性。 最后,通過一個五層剛架模型的振動實(shí)驗,對隨機(jī)子空間法和自互譜法進(jìn)行了驗證。本次實(shí)驗由振動臺對模型輸入一個高斯白噪聲激勵信號,來模擬自然條件下的環(huán) 境激勵,并得到模型的響應(yīng)信號。分別用隨機(jī)子空間法和自互譜法對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,識別出模型的模態(tài)參數(shù),通過與有限元法理論值的比較,驗證了兩種方法的 有效性,同時也驗證了隨機(jī)子空間法相對于自互譜法的優(yōu)越性。