机械模态分析研究综述

《机械模态分析研究综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、机械模态分析研究综述班级：研1302学号：2013020057姓名：王莎莎摘要：模态分析是研究机械结构动力特性的一种近代方法，是指通过计算或实验获得机构的固有频率、阻尼比和模态振型等模态参数的过程，是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。本文对模态分析的基本概念、研究目的、分类、分析方法、发展历程、发展现状和展望一一作了阐述。关键词：模态分析；模态参数；模态识别；非线性模态Abstract：Modalanalysisisthestudyofthemechanicalstructuredynamiccharacteristic

2、sofamodernmethodandmeansbycalculationorexperimenttoobtainthenaturalfrequency,dampingratioandmodevibrationmodalparameters,suchas,theprocessofthestructuredynamicdesignandequipmentfaultdiagnosisisanimportantmethod.Inthispaper,themodalanalysisofthebasicconcepts,research

3、purpose,classification,analysis,development,developmentstatusandprospectofonebyoneinthispaper.KeyWords：modalanalysis；modalparameters；themodalidentification;nonlinearmodal1、前言模态是指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。模态分析是一种研究机械结构动力的方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。振动模态是弹性结构的固有的、

4、整体的特性。如果通过模态分析法搞清楚了结构物在某一个易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际响应。因此，模态析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法[1-2]。2、模态分析概述2、1模态分析的经典定义模态分析的经典定义是：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[3]。模态分析将构件的复杂振动分解为许多简单而独立的振动，并用一系列模

5、态参数来表征的过程。根据线性叠加原理，一个构件的复杂振动是由无数阶模态叠加的结果。在这些模态中。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。模态分析主要分为3类方法:一是，基于计算机仿真的有限元分析法;二是，基于输入(激励)输出(响应)模态试验的试验模态分析法;三是，基于仅有输出(响应)模态试验的运行模态分析法。有限元分析属结构动力学正问题,但受无法准确描述复杂边界条件、结构物理参数和部件连接状态等不确定性因素的限制难以达到很高的精度。第二、三类方法属

6、结构动力学反问题,基于真实结构的模态试验,因而能得到更准确的结果[4]。模态分析的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。模态分析技术的应用可归结为一下几个方面：1)评价现有结构系统的动态特性；2)在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计；3)诊断及预报结构系统的故障；4)控制结构的辐射噪声；5)识别结构系统的载荷。2、2模态分析的硬件结构组成模态分析实验中基本的测量振动的硬件系统如图1所示，图1模态分析试验中传统的振动测量硬件系统这种硬件连接由多个

7、硬件组成，稳定性和集成度都有待进一步的提高。为了提高硬件结构的集成度，可以将信号的调理、采集和处理集成在一起，即采用NICompactRIO。基于LabVIEW的桥梁模态分析系统中，振动测量的硬件结构组成如图2所示。此硬件系统与基本的硬件结构组成正比，集成化程度明显提高，抗干扰能力显著增强，系统体积大大减小。同时，软件部分采用与CompactRIO想通的LabVIEW软件进行模态分析的软件设计，实现在线测量实时监控的目的。此举可省略传统硬件系统中的PC机，大大提高系统的稳定性，进一步缩小仪器的体积，便于携带。图2基于LabVI

8、EW的模态分析实验中振动测量硬件系统3、模态分析的发展历程3．1模态分析的发展背景20世纪60年代中后期，在以快速傅里叶变换（FFT）为代表的数字信号处理技术、参数识别方法以及小型计算机发展的基础上，模态分析方法应运而生，并迅速在航空、航天、机械、土木等工程领域获得了广泛的应