基于类模态的非比例阻尼转子基座参数辨识方法研究

The overall dynamic behaviour of rotating machinery is significantly affected by its foundation. Therefore, foundation parameters are necessarily identified in the recent parametric model based rotor dynamic study, including rotor fault diagnosis and machine structure design. This project aims to develop a new method to identify the modal parameters of rotor foundation with non-proportional damping assumption. By introducing quasi-modal parameter, the modal analysis equation can be decoupled under physical coordinate. Hence, a parameter identification equation with multiple solution sets is derived and each independent solution set is corresponding to the modal parameters of each vibration mode. Double iteration procedure will be developed to solve the derived non-linear identification equation with complex unknowns. The excitation forces and displacements of the foundation, which are obtained when the rotor machinery is in use, will serve as input data to solve the identification equation. Herein, the foundation excitation forces are calculated by the absolute displacements of the rotor at bearing supports, based on the known rotor model and rotor unbalances. Hysteretic damping and whirling effect of the rotor will be accounted in order to increase the accuracy of the rotor model. The technique developed in this project will identify an accurate and reliable foundation model with non-proportional damping assumption, providing valuable asset to the future study in rotor dynamics.

转子基座对转子机械的整体运动状态有重大影响，许多基于参数模型的转子故障诊断、机构设计以及动力学分析, 都要求提供高精度的基座参数模型。本项目拟基于类模态，提出一种新的参数辨识方法，用于辨识假设非比例阻尼的转子基座参数模型。利用类模态的特质，将模态分析方程在物理坐标下解耦，推导出一式多解的参数辨识方程，使该方程的每一解分别对应每一振动模态的参数。提出一种双重迭代算法，通过转子机械运作时获得的基座激振力与位移响应，对推导出的含复数参数的非线性方程进行求解，将每一模态独立辨识出来。基座的激振力通过使用转子在轴承支承点上的绝对位移，结合转子模型和转子不平衡状况来计算，并通过分析转子的阻尼与涡动状况提高激振力计算的准确性。本项目所提出的基座参数辨识方法将辨识出更准确、更可靠的假设非比例阻尼的基座参数模型，有望为未来的转子机械研究、提高机械工作效率以及延长机械寿命提供坚实的基础，具有重要的研究意义。

转子机械的基座对机械的整体运动状态有重大影响。因此，如果能获得准确、可靠的基座参数模型，对转子故障诊断、机构设计以及动力学分析均有重要的意义。本项目提出了一种基于非比例阻尼模型的基座参数模型辨识方法，使辨识出的参数模型更为准确且广泛适用。通过提出了复类模态的概念，我们成功将含非比例阻尼矩阵的模态分析方程在状态坐标下解耦，从而推导出一式多解的非线性辨识方程。由于该方程的每一组解分别对应每一阶的复模态参数，我们可以对每一阶的模态参数进行独立求解，从而有效地简化了参数辨识的过程。.我们提出了一种含约束的双重迭代算法，通过代入转子机械运作时获得的基座激振力与位移响应对参数辨识方程进行求解。该算法先对每一阶的类模态参数进行预辨识，辨识出特征值的大约值，然后再对特征值的上下限加以约束，并重新迭代计算出更为准确的复模态参数。我们搭建了一座转子机械实验平台来采集实验数据，用于对所提的参数辨识方法进行实验验证。结合转子机械试验，我们提出了一种通过结合转子的阻尼及涡动状况来计算支承结构荷载的方法。实验验证的结果表明，本项目所提的方法可以准确、可靠地辨识出转子机械支承结构的参数模型，因此，该方法有望可以被应用于工程实践当中。.另一方面，结合复类模态的概念，我们提出了一种针对非比例阻尼结构的损伤识别方法，该方法通过分析结构损伤前后的的类模态变化以及损伤灵敏度，同时识别出结构与其外接阻尼器的损伤/损坏状况。我们搭建了一套含外接阻尼器的悬臂梁振动实验台，用于验证所提理论在实验条件下的准确性与稳定性。实验结果表明，通过引入复模态，我们可以有效、准确地识别出含非比例阻尼结构的损伤状况，具有重要工程实践意义