第一章 概论 1
1.1 结构动态分析 1
1.2 系统辨识 3
1.3 结构动态特性试验分析 3
第二章 系统辨识的基本概念 6
2.1 基本概念 6
2.1.1 系统辨识的定义 6
2.1.2 系统辨识的基本原理 6
2.1.3 系统辨识问题的分类 7
2.1.4 系统辨识的目的 8
2.2 数学模型的建立 8
2.3 试验设计和试验 10
2.4 参数辨识的准则和算法 11
2.5 模型有效性检验 13
第三章 结构动态特性模型的建立 16
3.1 非时变、线性、多自由度结构的运动方程 16
3.2 多自由度系统的固有振动 17
3.2.1 无阻尼系统的固有振动 17
3.2.2 有阻尼系统的固有振动 22
3.3 初始条件扰动下多自由度系统的响应——自由振动响应 31
3.3.1 比例阻尼情况 31
3.3.2 非比例阻尼情况 32
3.4 多自由度系统的传递函数和单位脉冲响应函数 33
3.4.1 定义 33
3.4.2 具有粘性阻尼的多自由度系统位移频响函数的模态展开式 36
3.4.3 具有结构阻尼的多自由度系统位移频响函数的模态展开式 39
3.5 单阶纯模态激励 40
3.6 时间离散域上描述的线性系统动态模型 42
3.6.1 系统模型的导出 42
3.6.2 自回归滑动平均模型(ARMA 模型) 45
3.7 讨论 47
3.7.1 模型的形式 47
3.7.2 分布参数模型 48
3.7.3 非自伴随系统的动态特性 48
3.7.4 统计能量模型 49
3.7.5 非线性影响 50
3.7.6 应变模态 51
3.7.7 基础激励下的频响函数 52
第四章 结构模态试验技术 55
4.1 试验件和试验件支承 55
4.1.1 试验件 55
4.1.2 试验件支承 55
4.2 试验前的预分析 57
4.3 模态试验系统的硬件配置 59
4.4 模态试验方法的简要综述 60
4.5 激励和激励分系统 61
4.5.1 模态试验的激励信号 61
4.5.2 激励力谱的选择 68
4.5.3 激励分系统 69
4.5.4 激振器的安装 72
4.5.5 激励点的选择 72
4.6 测量量和测量分系统 74
4.6.1 测量量 74
4.6.2 响应测点位置的选择 74
4.6.3 测量分系统 75
4.7 数据采集、记录和处理分系统 77
4.7.1 数据记录方式 77
4.7.2 数据采集处理系统的基本结构 78
4.7.3 常用的数据采集处理系统 79
4.8 测量系统校准 79
4.9 试验设计 82
4.10 试验程序 83
4.11 模态试验技术的参考标准 84
第五章 结构频响函数估计 87
5.1 频响函数估计的测量模型 87
5.2 平稳随机激励情况下的频响函数估计 88
5.2.1 单输入单输出(SISO)结构系统 88
5.2.2 多输入多输出(MIMO)结构系统 93
5.3 正弦激励情况下的频响函数估计 97
5.3.1 单点步进正弦激励输入 97
5.3.2 多点相位相干步进正弦激励 100
5.4 瞬态冲击激励情况下的频响函数估计 101
5.5 谱估计 101
5.5.1 离散傅氏变换(DFT) 101
5.5.2 随机数据的谱估计 102
5.5.3 周期数据的谱估计 107
5.6 模拟数据数字采集处理参数的选择 110
5.7 频响函数估计的误差分析 118
5.8 结构的非线性影响检测 119
第六章 结构模态参数辨识的频域法 122
6.1 辨识算法的要求 122
6.2 频域辨识算法分类 122
6.3 结构传递函数模型的选择和简化 123
6.4 模态参数估计的统计准则 125
6.5 单自由度模型的模态参数估计 126
6.5.1 忽略其它模态的残余影响 126
6.5.2 计及其它模态的残余影响 132
6.6 多自由度模型的模态参数估计 134
6.6.1 局部迭代法(Goyder 法) 134
6.6.2 最优化方法 137
6.6.3 有理分式法 141
6.6.4 由增强的频响函数辨识 Ωr 和 ζr 146
6.6.5 Klosterman 迭代法 148
6.7 多输入多输出系统模态参数辨识 150
6.7.1 频域上的直接参数辨识算法(SFD 法) 150
6.7.2 复模态指示函数法(CMIF 法) 153
6.7.3 其它辨识算法要点 156
6.8 振型的动画显示 157
第七章 结构模态参数辨识的时域法 159
7.1 基于自由衰减振动模型的辨识算法 159
7.1.1 结构在时域上的自由响应模型 159
7.1.2 复指数自由衰减振动模型参数的估计 161
7.1.3 Ibrahim 时域辨识算法(ITD 法) 162
7.1.4 复指数算法 169
7.2 本征系统实现算法(ERA 法) 177
7.2.1 基本概念 178
7.2.2 数学模型和辨识问题的建立 178
7.2.3 单位脉冲响应函数矩阵和广义 Hankel 矩阵 178
7.2.4 本征系统实现算法的推演与实施 179
7.3 离散时间序列分析 184
7.3.1 基本概念 184
7.3.2 ARMA 模型的主要特征 184
7.3.3 建模 186
7.3.4 系统固有频率和阻尼比估计 190
7.4 非线性结构的参数辨识框架 190
第八章 多点稳态正弦激励法辨识结构模态参数 192
8.1 基本方法 192
8.2 结构频响函数矩阵测定 193
8.3 模态检测与激励力矢量估计 193
8.3.1 Asher 法 194
8.3.2 多变量模态指示函数(MMIF)法 196
8.3.3 逆多变量模态指示函数(Inv MMIF)法 196
8.3.4 讨论 196
8.4 模态调谐 197
8.4.1 调谐程序 197
8.4.2 正交分量法调力 197
8.5 模态调谐的纯度指标 198
8.5.1 模态纯度的数字指标 198
8.5.2 模态调谐的可视图像 199
8.6 复功率法估计结构的模态参数 199
8.6.1 复功率函数的定义 199
8.6.2 模态参数辨识 201
第九章 试验分析结果与计算分析结果的相关 204
9.1 试验分析所得模态参数估计的有效性评估 204
9.1.1 影响模态参数估计有效性的因素 204
9.1.2 模态参数估计的有效性评估 205
9.2 试验分析结果与计算分析结果的相关分析 206
9.2.1 相关分析前的预处理 206
9.2.2 试验分析结果与模型预示结果的相关分析 209
9.3 一体化的结构动态分析方法 213
9.4 结构动力学模型修改 213
9.4.1 模型修改的宗旨 213
9.4.2 模型修改前的预处理 213
9.4.3 模型修改方法 216
第十章 应用 223
10.1 响应预示 223
10.2 载荷辨识(载荷重构) 225
10.3 子结构综合 226
10.3.1 组合结构的分析 226
10.3.2 结合界面的协调条件 226
10.3.3 子结构频响函数综合法 227
10.3.4 子结构动刚度综合法 228
10.4 结构设计修改 229
10.4.1 结构动态设计中的正反问题 229
10.4.2 结构设计修改仿真的一般方法 229
10.4.3 结构修改的动态特性灵敏度分析 231
10.4.4 结构小修改的重分析 235
10.4.5 结构局部修改的重分析 236
10.4.6 优化设计 238
10.5 振动控制 239
10.5.1 有源振动控制 239
10.5.2 柔性结构独立模态空间控制 240
附录 A 最小二乘估计 245
附录 B 多自由度结构系统传递函数的模态展开式 248
附录 C 线性多自由度系统传递特性分析 252
附录 D 约束支承结构基础激励的有效质量 267
附录 E Hiibert 变换 270
附录 F 奇异值分解法 273
附录 G 随机减量法中的特征函数 277
附录 H 振型动画显示的几何说明 279