Experimental Method for Determination of Energy Losses in Oscillatory Systems Based on Arma-Modeling

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅或者付费存取

详细

Damping (dissipation, energy losses) is the most important parameter of all mechanical oscillatory systems along with elasticity and inertia. Its special role is due to the fact that it directly determines the maximum amplitudes of free and forced vibrations of systems and, accordingly, their dynamic strength and reliability, noise and ecology. Due to the poor study of the physical processes of damping, it is measured experimentally. This article presents one of the new effective methods for experimental determination of losses, characterized by simplicity, high accuracy and a wide range of applicability. The main attention is paid to the substantiation of the method, its properties and its veryfication in numerical and laboratory experiments. The method is recommended for measuring the losses of composite highly damped oscillatory systems, where known methods do not work or are too complex.

全文:

受限制的访问

作者简介

I. Karpov

Federal State Budgetary Scientific Institution A.A. Blagonravov Institute of Mechanical Engineering of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: karpov@imash.ac.ru
俄罗斯联邦, 101990 Moscow, Maly Kharitonyevsky per. 4

Yu. Bobrovnitskii

Federal State Budgetary Scientific Institution A.A. Blagonravov Institute of Mechanical Engineering of the Russian Academy of Sciences

Email: karpov@imash.ac.ru
俄罗斯联邦, 101990 Moscow, Maly Kharitonyevsky per. 4

参考

  1. Вибрации в технике. Справочник в 6-ти томах / Под ред. Фролова К.В. 2-ое изд. М.: Машиностроение, 1995–1999. ISBN 5-217-02727-4
  2. Springer handbook of acoustics. Ed. by Rossing T.D. NY: Springer, 2007. 1182 p.
  3. Handbook of noise and vibration control. Ed. by Crocker M.J. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc., 2007. 1570 p.
  4. Бокс Дж., Дженкинс Г.Д. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. В 2-х тт. Пер. с англ. под ред. Писаренко В.Ф. М.: Мир, 1974. 406 с., 198 c.
  5. Поляк Б.Т., Хлебников М.В., Рапопорт Л.Б. Математическая теория автоматического управления. М.: ЛЕНАНД, 2019. 500 с.
  6. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя. Пер. с англ. Под ред. Цыпкина Я.З. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. 432 с.
  7. Бобровницкий Ю.И., Карпов И.А. Дискретная акустика: ARMA-моделирование временных процессов, теория // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 6. С. 665–684.
  8. Pi Y.L., Mickleborough N.C. Modal identification of vibrating structures using ARMA model // J. Engineering Mechanics. 1989. V. 115. N 10. P. 2232–2250.
  9. Gautier P.-E., Gontier C., Small M. Robustness of an ARMA identification method for modal analysis of mechanical systems in presence of noise // J. Sound Vibr. V. 1995. 179. №2. P. 227–242.
  10. Карпов И.А. Параметрическое моделирование виброакустических дискретно-временных случайных процессов и применение для идентификации колебательных систем // Ученые записки физического факультета Моск. ун-та. 2020. № 1. 2011701.
  11. Karpov I.A., Grebennikov A.S., Kim A.A. Application of autoregressive moving average modelling of random processes to identify the loss factor of linear oscillatory systems // Acoust. Phys. 2021. V. 67. № 6. P. 694–699.
  12. Стретт Дж.В. (Лорд Рэлей). Теория звука. В двух тт. Изд. второе под ред. Рытова С.М. М.: ГИТТЛ, 1955. 504 с., 476 с.
  13. Исакович М.А. Общая акустика. М.: Наука. Глав. ред. физ.-мат. лит., 1973. 496 с.
  14. Беранек Л. Акустические измерения. М.: ИЛ, 1952. 430 с.
  15. Цвикер К., Костен К. Звукопоглощающие материалы. М.: ИЛ, 1952. 370 с.
  16. ISO-10534-2. Acoustics-Determination of sound absorption coefficients and impedance in impedance tubes. Part 1: method using standing wave ratio. Part 2: transfer function method, 1998.
  17. ISO-534. Acoustics — Measurement of sound absorption in a reverberation room, 1985.
  18. Balint J., Berzborn M., Nolan M., Vorländer M. Measuring sound absorption: the hundred-year debate on the reverberation room method // Acoustics Today. 2023. V. 19. № 3. P. 13-21.
  19. Ewins D.J. Modal test: theory, practice and application. Second edition. Baldock, UK: Research Studies Press, Ltd., 2000. 574 p.
  20. He J., Fu Z. Modal analysis. Oxford, UK: Butterwort Heinemann, 2001. 296 p.
  21. Heylen W., Lammens S., Sas P. Modal analysis: theory and testing. Leuven, Belgia: Katholieke Universiteit Leuven, 1998. 170 p.
  22. Maia N.M.M., Silva J.M.M. Theoretical and experimental modal analysis. Baldock, UK: Research Studies Press, Ltd. 1997. 460 p.
  23. Бобровницкий Ю.И. Гистерезисное демпфирование и причинность // Акуст. журн. 2013. Т. 59. № 3. С. 291–295.
  24. Хорн Р., Джонсон Ч. Матричный анализ. Пер. с англ. Под ред. Икрамова Х.Д. М.: Мир, 1989. 656 с.
  25. Ibrahim S.R., Mikulcik E.C. The experimental determination of vibration parameters from time responses // The shock and Vibration Bulletin. 1976. V. 46. N 5. P. 187–196.
  26. Budwantord B., Jezequel L. Comparisen of time domain modal identification methods // Proc. of the 8th Int. modal analysis conf., Kissimmee, Fl., 1990. P. 540–546.
  27. Riche G. (Baron de Prony). Essai experimental et analytique: sur les lois de la delatabilite de fluides elastiques sur celles de la force expansive de la vapeur de l’eau et de la vapeur l’alcool, a differentes temperatures // J. de L’ecole Politechnique. 1795. V. 1. N 2. P. 24–76.
  28. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990. 584 с.
  29. Бейкер Дж., Грейвс-Моррис П. Аппроксимация Паде. Пер. с англ. под ред. Гонгара А.А. М.: Мир, 1986.
  30. Cadzow J.A. High performance spectral estimation — a new ARMA method // IEEE Trans. on acoustics, speech and signal processing. 1980. V. ASSP–28. N 5. P. 524–529.
  31. Бобровницкий Ю.И., Коротков М.П. Развитие и экспериментальная проверка метода оценки энергетических характеристик колеблющейся упругой конструкции по ее входному импедансу // Акуст. журн. 2000. Т. 46. № 6. С. 748–755.
  32. Котельников В.А. О пропускной способности “эфира” и проволоки в электросвязи // Успехи физ. наук. 2006. Т. 176. № 7. С. 762–770 (перепечатка статьи 1933 г.).
  33. https://www.mathworks.com/help/ident/ref/arx.html
  34. https://www.mathworks.com/help/ident/ref/armax.html

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Graphs of the energy criterion (a) — for large values of the model order and (b) — in the vicinity of the theoretical value (21), marked with a dot. The arrow indicates the optimal value of the model.

下载 (369KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Graphs of the energy criterion EC of a mechanical oscillator with a modal frequency f0 = 500 Hz and three values of the loss factor: (a) — η = 0.1, (b) — η = 1.0, (c) — η = 1.9. The dots indicate the optimal values of the ARMA model order.

下载 (310KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Power spectral density (PSD) of the displacement of a mechanical oscillator with modal parameters as in Fig. 2.

下载 (207KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Limit resolution of close natural frequencies Δfmin (a) — as a function of the loss coefficient η and (b) — tabular representation of the graph.

下载 (124KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Spectrum (PSD) of two superimposed resonant peaks with a difference in natural frequencies equal to (a) — Δfmin = 4.3 Hz and (b) — Δf = 60 Hz.

下载 (76KB)
索引源数据

版权所有 © The Russian Academy of Sciences, 2025