模态分析实验指导书1

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1、模态分析实验指导书实验名称振动结构的实验模态分析附录1QL-108数据采集箱使用说明书附录2QL-021二通道电荷电压放大及十六通道接口使用说明书附录3随机信号与振动分析系统CRASV5.1实验名称振动结构的实验模态分析一、实验内容用锤击激振法测量振动结构的模态参数。二、实验目的1、通过实验模态分析实验的全过程，了解实验模态分析的基本方法。2、了解模态分析软件的使用方法。三、实验原理3.1模态试验基本过程二十年来，由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器激励器等技术的发展，试验模态分析得到了很快的发展，受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等

2、许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。在各种各样的模态分析方法中，大致均可分为四个基本过程：1.动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析。（1）激励方法：试验模态分析是在试验室内人为地对结构物施加一定动态激励，采集各点的振动响应信号及激振力信号，根据力及响应信号用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同，相应识别方法也不同。冃前主要由单输入单输出（SISO）、单输入多输出（SIMO）、多输入多输出（MIMO）三种方法。以输入力的信号特征还可分为止弦慢扫描、正弦快扫描、稳态随机（包括口噪声、宽带噪声或伪随机）、瞬态激励（包括随机

3、脉冲激励）等。（2）数据采集：SISO方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振型数据。SIMO及MIMO的方法则要求大量通道数据的高速并行采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。（3）时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。1.建立结构数学模型。根据已知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及识别参数的依据，冃前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，也分为频域建模和吋域建模。根据阻尼特性及频率耦合程度分为实模态或复模态模型等。2.参数识别。按

4、识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法,后者是指在时域识别复特征值，再回到频域中识别振型。激励方式不同（SISO、SIMO、MIMO）相应的参数识别方法也不尽相同。并非越复杂的方法识别的结果越可靠。对于冃前能够进行的大多数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，即使用较简单的识别方法也可能获得良好的模态参数；反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量数据不可靠，则识别的结果一定不会理想。3.振形动画。参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振形。由于结构复杂，由许多口由度组成的振形的数组难以引起

5、对振动直观的想象。必须采用活动振动的方法，将放大了的振形叠加到原始的几何形状上。以上四个步骤是模态试验及分析的主要过程，而支持这个过程的除了激振装置、双通道FFT分析仪、桌而式或便携式计算机等硬件外还要有一个完善的模态分析软件包。通用的模态分析软件包必须适合各种结构物的几何特征，设宜多种坐标系、划分为多个子结构，具有多种拟合方法并能将结构的模态振动在屏幕上三维实时动虺。3.2随机信号与振动分析系统CRASV5.1工作流程及功能MACRAS流程图几何设置1、根据结构的特点，离散化为若干节点代替连续系统。2、复杂结构可以划分为若干部件。每一个部件应选用直角坐标系、柱坐

6、标系或球坐标系三种Z—。3、送入各结点的部件处标、连线序列（结点对）。标准结构或轴対称部件可以自动牛•成,子结构可以拼装。4、结构的三维透视图形可以通过旋转、平移、缩放获得最佳视觉效果。测量设置1、根据结构振动特点，确定一维分析或三维分析。2、送入测量信息：某一结点的某一方向是否测量，测量正方向述是负方向。3、送入约束方程。对于某些不易测最的结点可以通过约束方程获得其模态振形。导纳测量通过双通道FFT分析仪或CRAS数据采集及FFT系统，根据测量设置产生的索引文件,H动进行一系列频响函数的测量。采用锤击法或随机激励法获得力信号及响应信号，经过FFT得到频响函数，以

7、数据文件存于计算机的硬盘内。频响函数集总平均将所侑测最频响函数的幅频数据进行集总平均，目的是为了得到参数识别的初始估计频率，也可以从整体上判别导纳测量的质量。参数识别1、选择数据模型：实模态或复模态（通常为实模态）。2、选样拟和方法：单测量、H动拟和、整体拟和（通常用整体拟和）。3、参与拟和的频响数据选取方法：光标线或光标带（通常用光标线）。4、进行参数识别，结果存盘。5、对比各结点上试验的为拟和的频响函数曲线，判断拟和的效果。1、2、3、模态综合测量方向处理。处理约束方程，填满残数矩阵。残数矩阵归一化为振形矩阵。活动振形根据结构的几何设置以及参数识别的结果，进行

8、三维动画式