实验十 用锤击法测量简支梁的模态参数.doc

《实验十 用锤击法测量简支梁的模态参数.doc》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、实验十用锤击法测量简支梁的模态参数一、实验目的1、了解测力法实验模态分析原理。2、掌握用锤击法测试结构模态参数的方法。二、实验系统框图实验系统框图见图1-2-19信号采集器计算机系统及分析软件简支梁振动传感器力锤力传感器电荷放大器电荷放大器图1-2-19测试系统框图三、实验原理目前，结构的特性参数测量主要有三种方法：经典模态分析、运行模态分析（OMA）和运行变形振型分析(ODS)。1、经典模态分析也称实验模态分析，它是通过给结构施加一个激振力，激起结构振动，测量结构响应及激振力之间的频率响应函数，来寻求结构的模态参数。因此，实验模态分析方法也称测力法模态分析。在测量频率响应函数时，可采用力锤和

2、激振器两种激励方式。力锤激励方式简单易行，特适合现场测试，一般支持快速的多参考技术和小的各向同性结构。由于力锤移动方便，在这种激励方式下，一般采用的是多点激励，单点响应方式，即测量的是频率响应函数矩阵中的一行。激振器激励时，由于激振器安装比较困难，多采用单点激励、多点响应的方法，即测量的是频率响应函数矩阵中的一列。这种激励方式可使用多种激励信号，且激振能量较大，适合于大型或复杂结构。2、运行模态分析与经典模态分析相比，不需要输入力，只通过测量响应来决定结构的模态参数，以此，这种分析方法也称为不测力法模态分析。其优点在于无需激励设备，测试时不干扰结构的正常工作，且测试的响应代表了结构的真实工作环

3、境，测试成本低，方便和快速。测量能够被一次完成（快速，数据一致性好）或多次完成（受限于传感器的数量），若一次测量（一个数据组）时，不需要参考传感器。而多次测量（多个数据组）时，对所有的数据组，需要一个或多个固定的加速度传感器作为参考。3、运行变形振型分析中，测量并显示结构在稳态、准稳态或瞬态运行状态过程中的振动模式。引起振动的因素包括发动机转速、压力、温度、流动和环境力等。ODS分析包括时域ODS、频谱域ODS(FFT或者Order)、非稳态升/降速ODS。根据结构的阻尼特性及模态参数特征，模态分析可分为实模态分析和复模态分析。1、实模态分析对于无阻尼系统和比例阻尼(粘性比例阻尼和结构比例阻尼

4、)系统，由于表示系统的模态参数是实数矢量，故称为实模态系统，相应的模态分析过程称为实模态分析。由振动理论可知，一个自由度的线性系统，有个无阻尼固有频率（1,2,…）,和相应的个模态振型。（1,2,…）在比例粘性阻尼情况下，模态振型对质量矩阵[]、刚度矩阵[]和阻尼矩阵[]均满足下面形式的加权正交关系：其中，阻尼矩阵（为常数），、和分别称为模态质量、模态刚度和模态阻尼系数。有时用模态衰减系数或模态阻尼比表征系统的阻尼特性，且有系统的无阻尼固有频率与有阻尼模态频率之间的关系为通常称、、、、（或、）为系统的模态参数。一个自由度系统，有个模态，那么它有组模态参数。在上述分析中，这些模态参数都是实数。当

5、系统的阻尼为比例粘性阻尼时，对个自由度系统，其频率响应函数为一矩阵，即(1-2-1)当在p点激励在点响应时，点与p点之间的频率响应函数为(1-2-2)由上式（1-2-2）可知，系统的任一频率响应函数均可表示为其各阶频响函数的线性和，当模态之间的相互耦合作用可忽略不计，且当时，有(1-2-3)若取频响函数矩阵的第列，当时，(1-2-4)式（1-2-4）是由个线性方程组成，只要在某一个处利用个值就可计算出该阶模态参数，利用全部值就可计算出各阶模态参数。2、复模态分析对于具有一般粘性阻尼和一般结构阻尼振动系统，由于表示系统的模态参数是复数矢量，故称该系统为复模态系统，有关的模态分析称为复模态分析。当

6、系统阻尼为一般粘性阻尼时，对N个自由度系统，当在p点激励在点响应时其传递函数为：(1-2-5)为系统的极点（为其共轭复数），，分别为相应于极点、的留数。当模态耦合可以忽略时，在附近（）(1-2-6)是留数矩阵[]中的第行第p列元素，只要识别出留数矩阵[]的一列（或一行）就可以得到各阶复模态向量。总之，根据传递函数阵中的任一元素确定极点（）。根据的一列（或一行）确定在极点的留数矩阵[]的一列（或一行）就可以确定各复模态参数。模态分析方法和测试包括下面几个方面：1、建模。建模包括：建立几何模型，定义自由度和确定测量方向。在建立几何模型时，要根据测量内容和要求对结构进行网格划分，并输入每个测点的几何

7、坐标值。2、频率响应函数测量。1）激励方式的确定。是采用力锤激励还是采用激振器激励。若采用力锤激励，则常采用测量点固定、多点轮流激励的方法，这样得到的是频响函数矩阵中的一行，此法常用于轻薄型小阻尼结构频率响应函数测量；若采用激振器激励，则常采用激励点固定、多点轮流测量响应的方法，这样得到的是频响函数矩阵中的一列，此法常用于笨重、大型及阻尼较大的结构；当结构过于巨大和笨重时，采用单点激振不能提供足够