机械模态综述论文-有限元模态分析综述

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1、Kt信备科從大fBfilisciNHXiMnoNSaExa6

2、发展趋势模态分析的经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。模态分析最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。1、模态分析的发展模态分析的理论棊础是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的。虽然机械阻抗的概念早在20世纪30年代就已形成，但发展成为今天这样较为完整的理论及方法却经历了较长的岁月。模态分析分为理论模态分

3、析和实验模态分析。①理论模态分析是以线性振动理论为基础，以模态参数为目标，研宂激励、系统、响应三荠之间的关系。实际上是一种理论建模的过程。主要方法是运用有限元法对振动结构进行离散化，建立系统特征值的数学模型，求出系统特征值与特征向量，即系统的固有频率和固有振型矢量。②实验模态分析又称模态分析的实验过程。首先利用实验测得的激励和响应的时间历程，运用数字处理技术求频响函数和脉冲响应函数。再运用参数识别方法，求得系统模态参数。模态参数包括固有频率、固有振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼比等，但其中最重要的是前两项。模态参数将表明在哪几种

4、频率下结构会产生共振以及在各阶频率下结构的相对变形，对于改善结构的动态特性，这是最重要的基本参数。目前的研宄趋势是把有限元模态分析方法和实验模态分析技术有机地结和起来，取长补短，相得益彰。利用实验模态分析结果检验、补充和修正原始有限元动力分析模型：利用修正后的有限元模型计算结构的动态特性和响应，进行结构的优化设计。模态分析技术开始于20世纪30年代，经过70多年的发展，模态分析己经成为振动工程屮一个重要的分支。早在20世纪40年代，在航空工业屮就通过共振实验测量飞机的模态参数，确定系统的固有频率。20世纪60年代，发展了多点单相正

5、弦激振、正弦多频单点激励，通过调力调频分离模态，制造出商用模拟式频响函数分析仪。20世纪60年代末，计算机技术飞速发展使得实验数据处理和数值计算技术出现了崭新的而貌，为了适应现代工程技术要求，试验模态分析技术应运而生。20世纪70年代开始，在动态测量（包括振动测量）中广泛应用数据采集系统，随着FFT数字式动态测试技术的飞速发展，使得以单入单出及单入多出为基础识别方式的模态分析技术普及到各个工业领域，模态分析得到快速发展而日趋成熟。20世纪80年代后期，主要是多入多出随机激振技术和识别技术得到发展。20世纪80年代屮期至90年代，模

6、态分析在各个工程领域得到普及和深层次应用，在结构性能评价、结构动态修改和动态设计、故障诊断和状态监测以及声控分析等方而的应用研允笄常活跃。例如，远东第一高塔的上海东方明珠电视塔的振动模态试验，为高塔的抗风抗地震安全性设计提供了技术依据;FI前世界上跨度第一的斜拉索杨浦大桥的振动试验对大桥抗风振动的安全性分析与故障诊断提供了技术依据；建立在模态分析技术上的桩棊断裂检测技术已在高层建筑施工屮广泛应用，提高Y桩基的质量，确保高层建筑的安全。模态分析用于确定所设计机械构件的振动特性，即固有频率和振型。它们是设计承受动载荷构件的重要参数。模

7、态分析还可作为进一步动力分析的基础。在很多场合模态分析都有举足轻重的作用。例如为Y避免机械共振，可以通过模态分析了解构件的固有振型和频率，并采取必要的措施，避免在使用中因共振造成不必要的损失。在设计中采用有限元模态动力分析求解振动系统的动力学参数是一种较好的方法。有限元法的优点在于：只要能够正确的显示出包含边界条件在内的机械振动模型，就可以通过计算机改变机械尺寸的形状细节。FI前有不少通用有限元程序可以建立有限元模型进行模态分析。2、什么是有限元分析？有限元分析（FEA，FiniteElementAnalysis）利用数学近似的方

8、法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定