文档介绍：0BLMS
章剑王翔王吉成
中国直升机设计研究所九室 33001

摘要:
本文介绍了运用 Lms 软件的模态分析为试验手段来诊断航天员超重训练设备所存在的故
障,通过模态分析试验研究表明系统刚度变化对系统自振频率的影响,动力系统轴承齿轮间摩损的间隙以
及环境因数如地基沉降对系统频率的影响等。
关键词: Lms 、超重训练设备、模态分析、刚度
1 前言
航天员超重训练设备是一台以大型载人离心机为主体,能够模拟飞船上升段和返回段超
重过载环境以及其他超重过载环境的综合训练设备。为保障超重训练设备各系统均处于良好协调运转状
态,开展了设备全面诊断维修、系统升级和保养等工作。通过研究超重训练设备在不同条件下受到激励作
用后的共振情况,对航天员超重训练设备在维修前进行了模态试验,通过试验结果分析找出所存在的故障,
为超重训练设备结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计维修提供了
依据。经过维修后再次对航天员超重训练设备进行模态分析与关键旋转部件进行振动检测分析,将维修前
后的动力学特性数据进行分析比较,评价维修后超重训练设备的动力特性。
2 试验模态分析的基本原理
模态分析的理论基础是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的,近十多年来,模态分析理论吸取了振
动理论、信号分析、数据处理、数理统计及自动控制理论中的有关内容,结合自身内容的发展,形成了一
套独特的理论,为模态分析即参数识别技术的发展奠定了理论基础。自动控制理论中的传递函数(或频率
响应函数)概念的引入,对模态分析理论的发展起了很大的推进作用。通过传递函数,我们可以得到机械
结构振动的固有频率以及机械结构各部分的响应变形,而固有频率和振型一起构成机械的振动模态。人们
把通过测量求取振动模态并由此进一步分析机械动态特性的方法称为模态分析。
一般结构系统可以离散为一种具有 N 个自由度的线弹系统,其运动微分方程为:
ٛٛٛٛٛٛٛٛٛٛٛٛ
[M ]{}[]{}[]{}{()}xCxKxft′′++ ′′′′= (1)
式中质量、阻尼、刚度矩阵[M]、[C]、[K]为实对称矩阵,[M]正定、[C]、[K]正定或半正定。[M]、[C]、
[K]已知时,可求得一定激励{f(t)}下的结构响应{x(t)},方程(1)两端经傅氏变换,可得:
(jMxωωωωω)2 [ ]{ ( )}++= jCx [ ]{ ( )} [ Kx ]{ ( )} { F (ω)} (2)
F()ω,x()ω分别为激振力{f(t)}和位移响应向量{x(t)}的傅氏变换:
+∞
F()ω= ∫ fte ()− jtω dt
−∞
+∞
X ()ω= ∫ xte ()− jtω dt
−∞
令[HMjC (ωω)]=−(2 [ ]) + ω[ ] + [K ]−1 为传递函数矩阵。
则(2)可以简化为{XHF(ωω)}= [ ( )]{ (ω)} (3)
对系统第 p 点进行激励并在 l 点测响应,可得传递函数矩阵中第 p 行 l 列元素为:
n φφ
H () li pi (4)