模态分析与综合技术第7章信号测量

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1、第7章模态测试技术7.1引言模态测量方法可分为两类，第一类是仅测量响应，这种方法存在以下缺陷：无法判断一个大的响应是由大的激振力还是共振引起。第二类是同时测量输入与输出。有两种方法供选择，其一就是SIMO，对结构某点激励，测得所有点响应。其二就是MIMO，对结构某些点激励，测得所有点响应。第7章模态测试技术7.1引言对于一个确定的实验对象，一般的振动测试系统由以下三部分组成：激振部分-输入拾振部分-一次仪表显示、分析部分-二次仪表如果进行模态实验分析，上述三部分可更详细地叙述如下：第7章信号测量7.1引言将实验结构以适当方式支撑起来选择适当方式激励实验结构，通过拾振系统测量激励和响

2、应的时间历程将记录到的激励和响应时间历程信号送入A/D，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号把上述时域数字信号进行FFT转换，转换到频域模态参数识别第7章信号测量7.2试验结构的支撑方式试验结构分为原型和模型两种。采用试验模型时，需要根据相似理论制作模型，不仅考虑几何相似，还要考虑动力相似。无论原型或模型，试验结构的边界条件都是要考虑的重要因素，不同的边界条件的结构特性可能完全不同。如自由梁、悬臂梁、简支梁。必须要正确模拟被测结构的边界条件。从力学意义上考虑，边界条件可分为几何边界条件（位移）、力边界条件、运动边界条件等。第7章信号测量7.2试验结构的支撑方式在模态试验中对系统固有特性

3、影响最大的是几何边界条件。试验结构通常的支撑根据几何边界条件划分为：自由支撑、固定支撑、原装支撑。若被测结构是完整的，则模态试验中的边界条件也应是完整的，即应符合实际工作状态。如果采用模态综合法将被测结构分为子结构来进行模态试验，则边界条件应以模态综合法的要求确定。下面介绍常见的支撑：第7章信号测量7.2试验结构的支撑方式1自由支撑有些振动结构的工作状态为自由状态（自由体），如飞机、火箭等。这类结构在做整体模型试验时，要求具有自由边界条件。其实，很难完成完全自由的约束状态（太空零重力环境和飞行器俯冲失重）。只能说近似自由（某些自由度的自由）。经常采用的方式有橡皮绳悬挂、弹簧悬挂、气垫支撑、弹

4、簧支撑（空气、螺旋）等。由于悬挂或支撑的刚度较小，故对结构的弹性模态影响不大。第7章信号测量7.2试验结构的支撑方式1自由支撑如果能将自由支撑点选在结构上所关心模态的节点附近，并使支撑体系与该模态主振动方向正交，则自由支撑对该阶模态的影响将降低到最低，可达到最理想的效果。有些边界条件非完全自由而受弱约束的结构也可以采用自由支撑。如轮船等。第7章信号测量7.2试验结构的支撑方式2固定支撑固定支撑（刚性支撑）用于结构承受刚性约束的情形，如高层建筑、大坝、刚性基础的机械结构等。固定支撑要求支撑具有较大的刚度和质量，才能减少对结构高阶模态的影响。一般以实测支撑系统的最低固有频率大于所关心的结构最高固

5、有频率的3倍为参考标准。AB第7章信号测量7.2试验结构的支撑方式3原装支撑原装支撑是广泛应用的一种支撑方式。前面介绍的自由支撑和固定支撑是原装支撑的特殊情况。对于完整结构来说，原装支撑是最优边界模拟。现场模态实验和实验室模态实验。大多数模态实验是在静态（被测结构处于静态）下进行的。有些结构在静、动态下的特性相差较大。如具有滑动轴承的转子等，欲获结构在动态下的固有特性，应在运行状态下进行模态试验。第7章信号测量7.3激励方式1单点激励单点激励是最简单、最常用的激励方式。所谓单点激励，是指对测试结构一次只激励一个点的一个方向，而在其他任何坐标上均没有激励作用。单点激励是SISO参数识别所要求的

6、激励方式。单点激励之所以有效，是建立在振动系统的可控性（能激发出系统的各阶模态）和可观性（测量出的输出信号中包含各阶模态的信息）假设基础上的。第7章信号测量7.3激励方式对于中小型结构的模态分析，采用单点激励即可获得较满意的效果。对于大型、复杂结构，单点激励往往丢失模态，或由于激励能量有限而得不到有效的高信噪比信号，有时甚至无法激起结构的整体振动，导致模态实验彻底失败。1单点激励第7章信号测量7.3激励方式多点激励是指对多个点同时施加激振力的激励方式。显然，输入系统的激励能量会成倍增加，同时，也增加了激振的复杂性（激励设备复杂，可采用单点分区激励技术）。多点激励具有以下特点：（1）不易遗漏模

7、态；（2）输入能量大且传递均匀，信噪比好。2多点激励第7章信号测量7.4激励装置激励有人工激励和自然激励。人工激励即通常所说的激励，根据需要通过一定的激励装置施加于被测结构上。大部分人工激励可控和可测，做模态实验绝大部分情况是使用人工激励。自然激励（环境激励）是施加于实体结构上的自然力，如风载荷、波浪载荷、机器运转时的动力源等等。自激励一般是不可控、不可测的。使用自激励通常只能测得响应信号。第7章信号测量7.