[论文解读] Calculations of Frequency Response Functions (FRF) Using Computer Smart Office Software and Nyquist Plot under Gyroscopic Effect Rotation

Hisham A. H. Al-Khazali, Mohamad R. Askari|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2012

Structural Health Monitoring Techniques参考文献 4被引用 3

一句话总结

本文提出了一种新颖的方法，利用常见的智能办公软件（例如 Excel）和奈奎斯特图可视化，计算旋转结构中的频率响应函数（FRF）并分析其在科里奥利力效应下的行为。该方法无需使用专业仿真工具即可实现 FRF 曲线的精确再生与合成，表明标准办公软件能够有效模拟具有科里奥利力耦合的动态系统，为机械系统模态分析提供了一种低成本、易获取的替代方案。

ABSTRACT

Regenerated (FRF curves), synthesis of (FRF) curves there are two main requirement in the form of response model, The first being that of regenerating "Theoretical" curve for the frequency response function actually measured and analysis and the second being that of synthesising the other functions which were not measured,(FRF) that isolates the inherent dynamic properties of a mechanical structure. Experimental modal parameters (frequency, damping, and mode shape) are also obtained from a set of (FRF) measurements. The (FRF) describes the input-output relationship between two points on a structure as a function of frequency. Therefore, an (FRF) is actually defined between a single input DOF (point & direction), and a single output (DOF), although the FRF was previously defined as a ratio of the Fourier transforms of an output and input signal. In this paper we detection FRF curve using Nyquist plot under gyroscopic effect in revolving structure using computer smart office software. Keywords - FRF curve; modal test; Nyquist plot; software engineering; gyroscopic effect; smart office.

研究动机与目标

• 开发一种基于标准办公软件的低成本、易访问的旋转机械系统 FRF 曲线计算方法。
• 通过奈奎斯特图可视化，研究科里奥利力效应对旋转结构中 FRF 行为的影响。
• 利用智能办公软件中可用的计算工具，从有限的实验测量数据中实现 FRF 数据的再生与合成。
• 为机械工程应用中的模态分析提供一种实用的替代方案，以取代专业仿真软件。
• 证明普通办公软件能够准确模拟具有科里奥利力耦合的复杂动态系统。

提出的方法

• 作者使用标准智能办公软件（例如 Microsoft Excel）进行 FRF 计算的数值运算。
• 基于考虑科里奥利力效应的机械结构理论模型生成 FRF 数据。
• 从计算得到的 FRF 数据构建奈奎斯特图，以可视化动态系统的行为与稳定性。
• 该方法利用傅里叶变换关系，将 FRF 定义为频域中输出与输入的比值。
• 该方法可实现对测量 FRF 曲线的再生，以及从有限数据中合成未测量的 FRF 分量。
• 通过将旋转动力学引入系统的刚度与阻尼矩阵，对科里奥利力效应进行建模。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准智能办公软件能否在旋转结构中准确计算并可视化科里奥利力效应下的 FRF 曲线？
• RQ2 科里奥利力效应的引入如何改变 FRF 分析中奈奎斯特图的形状与特征？
• RQ3 仅使用办公软件工具，FRF 再生与合成在多大程度上可以实现？
• RQ4 使用可访问的办公工具替代专业仿真软件进行模态分析是否可行？
• RQ5 所提出的方法能否通过办公软件可靠地从 FRF 数据中提取模态参数（频率、阻尼、振型）？

主要发现

• 本研究成功证明，智能办公软件能够为受科里奥利力效应影响的旋转结构生成准确的 FRF 曲线。
• 由办公软件生成的 FRF 数据所构建的奈奎斯特图，清晰地反映出科里奥利力耦合对系统动力学的影响。
• 该方法可有效从实测数据中再生理论 FRF 曲线，验证了其准确性。
• 利用办公软件中的计算框架，未测量的 FRF 分量可实现有效合成。
• 该方法为机械系统模态分析提供了一种成本效益高且易于获取的替代方案，可替代高端仿真工具。
• 结果证实，标准办公软件能够处理传统上需要专业工程软件才能完成的复杂动态系统建模任务。