模态分析实验指导书-lzm

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1、南京航空航天大学公共实验（E000502）机械结构动态测试实验指导书南京航空航天大学机电学院2011年4月机械结构的动态测试实验一、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、通过试验模态分析实验的全过程，了解试验模态分析的基本方法。2、了解模态分析软件的使用方法。3、掌握模态实验的仪器配置、实验过程和方法。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

2、利、航空、航天等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-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。目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正弦

3、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。STMO及MTMO的方法则要求人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，

4、目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，也分为频域建模和时域建模。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。对于目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

5、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。rtr于结构复杂，由许多自由度组成的振形的数组难以引起对振动盲观的想象。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、桌面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儿何特征，设置多种坐标系

6、、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画。3.2随机信号与振动分析系统CRASV6.2工作流程及功能MACRAS流程图几何建模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、柱坐标系或球坐标系三种之-一。3、送入各结点的部件处标、连线序列（结点对）。标准结构或轴对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

7、三维分析。2、送入测量信息：某一结点的某一方向是否测量，测量正方向还是负方向。3、送入约束方程。对于某些不易测量的结点可以通过约束方程获得:其模态振形。模态测量通过双通道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,白动进行一系列频响函数的测最。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，以数据文件存于计算机的硬盘内。频响函数集总平均将所有测量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模态测量的质量。参数识

8、别1、选择数据模型：实模态或复模态（通常为实模态）。2、选择拟和方法：单测量、自动拟和、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与拟和的频响函数曲线，判断拟和的效果。模态综合1、测量方向处理。2、处理约束方程，填满残数矩阵。3、留数矩阵归一化为振形矩阵。振形动画根据结构的儿何设置以及参数识别的结果，进行三维动画式振形显示。具有旋转、平移、缩放功能，可以在