【装备振动冲击与噪声】专刊文章推荐：试验模态分析方法及其在航空飞行器中的应用综述

文摘科技 2024-11-04 11:16 陕西

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试验模态分析方法及其在航空飞行器中的应用综述

文章亮点：试验模态分析是通过试验测定结构固有振动特性的方法，其分析结果主要用于结构动力学模型修正，并为结构动力学分析、气动弹性分析和振动控制设计提供数据支撑。本文系统梳理了国内外有关试验模态分析方法的研究进展，从经典试验模态分析方法和现代试验模态分析方法两方面展开，总结了经典的相位共振法和相位分离法两大主流方法的基本原理，对近年来发展的试验模态分析方法进行了简单介绍，归纳了不同模态分析方法的特点。最后指出了试验模态分析方法现今存在的问题与未来可能的发展趋势。

研究背景：试验模态分析（Experimental Modal Analysis，简称EMA）是根据试验输入/输出数据、频响函数（FRFs）或脉冲响应函数（IRFs）确定结构系统模态参数（频率、阻尼及振型等）的过程，主要用于修正结构动力学有限元模型，进一步为结构动响应分析、气动弹性分析和振动控制等提供依据。虽然研究者们从20世纪初就开始尝试对结构振动特性进行估计，但受限于测量仪器与设备、计算机性能等，试验模态分析方法一直处于理论研究阶段，首次真正意义上的模态测试是由Kennedy等在1947年开展的。随着高精度的力与响应传感器、计算机技术以及快速傅里叶变换在过去70余年的发展，EMA已经具有较为成熟的测试流程与测试算法，为人们对结构固有特性的研究提供了可靠的测试工具。

研究展望：通过总结国内外的研究进展，经典试验模态分析方法的基础理论与应用已较为成熟，目前仍是结构评估验证过程不可或缺的一环，在未来几十年仍是结构动力学分析关注的重点。由于现有方法在实际使用中强烈依赖于测试人员的经验，并且目前不存在统一的极点选择规范，测试结果的可重复性较差。而借助基于人工智能自动评估极点、消除结果不确定性的模态分析方法，不仅可以减少模态分析对测试人员经验的要求，还可以提供统一极点辨识标准的试验结果，是试验模态分析方法的研究热点。

随着飞行器的结构形式、应用环境渐趋复杂，现代试验模态分析方法已然成为这一领域的研究重点，也是保证未来飞行器研制的必要手段，需要进一步探索与研究。

引用格式：惠心雨, 刘凡, 李晓东, 等. 试验模态分析方法及其在航空飞行器中的应用综述[J]. 航空工程进展, 2024, 15(5): 16-31,66. HUI Xinyu, LIU Fan, LI Xiaodong, et al. A review of experimental modal analysis methods and their applications in aerospace vehicles[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering, 2024, 15(5): 16-31,66. (in Chinese)

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