机械模态分析方法综述论文

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1、课程：机械模态分析学院：机电工程学院专业：机械设计及理论学生姓名：陈婉班级/学号：研1401班2014020024机械模态分析方法综述【摘要】模态分析技术开始于20世纪30年代，经过数十年的发展，模态分析已经成为振动工程中一个重要的分支。其最终0的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。木文综述了模态分析的发展历程，通过对数值模态分析法及试验模态分析法的研究，对比提岀了工作模态分析法的相关理论及研宄成果。【关键词】模态分析、数值计模态分析法、试验模态分析

2、法、工作模态分析法0、前言模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨別方法在工程振动领域中的应用。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。这些模态参数可以由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。振动模态是弹性结构同有的、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内,在外部或内部各种振源作用T实际振动响应，而H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

3、过程，优化系统动态特性，或者研究把该结构连接到其他结构上吋所产生的影响。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。近十余年以来，模态分析的理论基础，己经由传统的线性位移实模态、复模态理论发展到广义模态理论，并被进一步引入到非线性结构振动分析领域，同时模态分析理论汲取了振动理论、信号分析、数据处理、数理统计以及自动控制的相关理论，结合自身的发展规律，形成了一套独特的理论体系，创造了更加广泛的应用前景。这一技术己经在航空、航天、造船、机械、建筑、交通运输和兵器等工程领域得到广泛应用。1、模态分析的发展历程模态

4、分析的理论基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，研究激励、系统、响应三者之间的关系。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

5、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，但其中最重耍的是前两项。模态参数将表明在哪儿种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、补充和修正原始冇限元动力分析模型；利用修正后的旮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

6、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中一个重耍的分支。早在20世纪40年代，在航空工业中就通过共振实验测量飞机的模态参数，确定系统的同有频率。20世纪60年代，发展了多点单相正弦激振，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面貌，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

7、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年代中期至90年代，模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面的应用研究异常活跃。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；0前世界上跨度第一的斜拉索杨浦人桥的振动试验对人桥抗风振

8、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基断裂检测技术己在高层建筑施工中广泛应用，提高了桩基的质量，确保高层建筑的安全。2、数值模态分析与试验模态分析现状及局限性模态分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为数值模态分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。两种方法各有利