重庆大学机械工程研究生结构模态实验报告

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1、重庆大学学生实验报告实验课程名称结构模态实验开课实验室汽车结构实验室学院机械程学I年级专业班机械电子1班学生姓名汶睿学号20120713094t开课时间2014至2015学年第学期总成绩教师签名机械工程学院制《结构模态分析》实验报告开课实验室：机械工程学院汽车结构实验室2014年12月11日学院机械工程学院年级、专业、班2014级机电1班姓名汶睿成绩课程名称结构模态实验实验项n名称结构模态分析指导教师王攀教师评语教师签名：年月曰一、实验目的1.了解结构模态分析的常用方法；2.掌握模态分析的过程和意义；3.了解并掌握实

2、验模态分析的关键步骤：(1).结构测量点和激振点的选择方法：(2).了解模态分析试验采用的仪器：试验仪器的连接、安装、调整；(3).激振时各测点力信号和响应信号的测S及利用这些测fi信号求取传递函数，并分析影响传递函数精度的因素。4.学习并运用常用模态分析软件。二、实验原理模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域屮的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以巾计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。振动模态是弹

3、性结构固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内，各阶主要模态的特性，就可能预知结构在此频段N，在外部或内部各种振源作用下实际振动响应，而且一旦通过模态分析知道模态参数并给予验证，就可以把这些参数用于(重)设计过程，优化系统动态特性，或者研宄把该结构连接到其他结构上时所产生的影响。因此，模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。工程实际屮的振动系统都是连续弹性体，其质与刚度具有分析的性质，只有掌握无限多个点在每瞬间时的运动惜况，才能全而描述系统的振动。因此，理论上它们都属于

4、无限多自由度的系统，需要用连续模型才能加以描述。但实际上不可能这样做，通常采用简化的方法，归结为有限个向巾度的模型来进行分析，即将系统抽象为巾一些集屮质W:块和弹性元件组成的模型。如果简化的系统模型屮有ri个集中质量，一般它便是一个n自由度的系统，需要n个独立坐标来描述它们的运动，系统的运动方程是n个二阶互相耦合（联立）的常微分方程。模态分析是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”，是一种参数识别的方法。模态分析的实质，是一种坐标转换。其目的在于把

5、原在物理坐标系统中描述的响应向量，放到所谓“模态坐标系统”中来描述。这一坐.标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。也就是说在这个坐标下，振动方程是一组互无耦合的方程，分别描述振动系统的各阶振动形式，每个坐标均可单独求解，得到系统的某阶结构参数。实验模态分析采用的方法有主模态法、频响函数法等。主模态法是利用多点正弦激励，使系统作纯模态振动，由此求得模态参数。频响函数法一般是利用单点激振，先求出结构的频响函数，再确定模态参数。模态参数主要包括固有频率仞,.，固有振型{列,.，模态质量m、，模态刚度<和模态阻尼C

6、，.。其中固有频率和固有振型能直接反映系统的振动特性。在工程应用中尤为重要。由实验模态分析得到的模态参数及模态振型图可用于实验对象的运动精度分析、结构的稳定性分析、结构疲劳强度分析以及结构动态特性的优化设计。对于一个机构系统，其动态特性可用系统的固有频率、阻尼和振型来描述，与模态质量和模态刚度一起统称为机械系统的模态参数。要求取模态参数，可以通过两个方法：一是运用三维软件建立动力学模型进行模态分析；二是通过实验数据求取模态参数即实验模态分析。对于一个线性系统，若在某一点施加激振力&，系统各点的振动响应为；，则{X}=

7、[H]{F}（1-1）为传递函数矩阵，任意元素~，可以通过激振试验得到:(1-2)韻测量方法是给系统施加一有限宽频率的激振力（冲击也是一有限带宽激振力），同时测量系统的响应，将力和响应信号进行滤波，A/D转换并离散采样，进行双通道叩T变换，计算激振力&与响应之间的传递函数％。对测量的传递函数进行曲线拟合得到模态参数。本实验采用脉冲锤（力锤）对平板试件进行敲击，激励出各种模态。实验原理图如图1所示。4）电荷放大器；5）数据采集卡；6）B&K模态分析和处理软件、计算机;四、实验步骤1）按原理图1连接仪器，并调整好各仪器

8、的开关档位，传递函数灵敏频率分析范围为500HZ以内，低通可取截止频率为300HZ。2）选择测点建立被测结构的几何模型。3）测量信号的数据采集和双通谱分析，主要求各测点传递函数，频率分析范围力0—500HZ,低通滤波截止频率为300HZ,设置冲击激励测量参数，采用8—10段平均，并将数据保存。4）用十个传递函数同吋显示功能确定系统的前六阶共有频