平稳随机振动描述

平稳随机振动描述

项目

定义

统计特性

随机振动

不能用简单函数或这些函数的组合来描述,而只能用概率和数理统计方法描述的振动称为随机振动

例如汽车、拖拉机、工程机械、船舶、石油钻井平台及安装在它们上面的机电设备等,在路面、波浪、地震等作用下的振动系统设计均以随机振动理论为基础。这种振动特性:(1)不能预估一次振动观测记录时间T之外某时刻的振动状态;(2)在相同的试验条件下,各次观察结果不同,即各次记录曲线有不重复性

随机过程

如果一次振动观察记录xi(t)称为样本函数,则随机过程是所有样本函数的总和,即

X(t)={x1(t),x2(t),…,xn(t)}

X(t)在任一时刻ti(ti∈T)的状态X(ti)是随机变量,于是可将随机过程和随机变量联系起来

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平稳随机过程

统计参数不随时间t的变化而变化的随机过程为平稳随机过程

机械工程中多数随机振动是平稳随机过程

幅

值

域

描

述

概率分布函数

F(x)=P(X<x)

随机过程X(t)小于给定x值的概率,描述了概率的累积特性

(1)F(x)为非负非降函数,即F(x)≥0,F'(x)>0

(2)F(-∞)=0,F(∞)=1

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概率密度函数

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具有高斯分布随机过程X(t)

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表示了X(t)概率分布的密度状况

(1)非负函数即f(x)≥0

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机械工程中的随机振动多数为具有高斯分布的随机过程,因此,只要求得随机过程的均值E〔x〕和标准差σx,即可确定f(x),再通过从-∞到x的积分可得F(x)

均值

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X(t)的集合平均值

F(x)、f(x)都是围绕均值E〔x〕向两侧扩展的

均方差

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描述了F(x)、f(x)围绕均值向两侧的扩展程度

时

域

描

述

自相关函数

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描述平稳随机过程X(t)在t时刻的状态与(t+τ)时刻状态的相关性。t为X(t)的时间变量,τ为延时时间

(1)当E[x(t)]=0时

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(2)Rx(τ)为实偶函数

即  Rx(τ)=Rx(-τ)

(3)当X(t)的均值E[x(t)]=C≠0时,可将各样本函数x(t)分解为一恒定量E[x(t)]和一

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均值为零的波动量ξ(t),即x(t)=E[x(t)]+ξ(t),则:Rx(τ)={E[x(t)]}2+Rξ(τ)

(4)自相关函数Rx(τ)可由功率谱密度函数Sx(ω)的傅里叶变换得到,即18-066-07-3见后

(5)当Sx(ω)=S0时,Rx(τ)=2πS0δ(τ),δ(τ)为广义函数,

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互相关函数

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描述了X(t)的t时刻状态和Y(t)的(t+τ)时刻状态的相关性

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频

域

描

述

自功率谱密度函数

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(2)Sx(ω)是非负的实偶函数

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互谱密度函数

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(1)Sxy(ω)是一个复值量

(2)Sxy(ω)和Syx(ω)是复共轭的

相干函数

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0≤rxy(ω)≤1

通常当rxy(ω)>0.7时,认为y是由x引起的,噪声(外干扰)影响较小

注:各参数的脚标x表示参数为随机过程X(t)的对应参数,x可以为位移、速度、加速度、干扰力等物理量,为区分也可用等表示。