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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 ζr146

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