机械结构模态实验报告.doc

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1、重庆大学学生实验报告实验课程名称机械结构模态分析实验开课实验室汽车振动实验室学院机械工程学院年级2013级专业班车辆1班学生姓名学号开课时间2013至2014学年第一学期总成绩教师签名机械工程学院制《机械结构模态分析》实验报告开课实验室：汽车振动实验室时间：2013年11月7日学院机械工程学院年级、专业、班13级车辆1班姓名廖海辰成绩课程名称机械结构模态分析实验项目名称机械机构模态分析实验指导教师王攀教师评语教师签名：年月日一、实验目的通过此次实验了解B&K公司的PULSE分析系统自带的模态分析模块，并熟练掌握使用本系统进行结构模态分析的全过程，包

2、括：1、了解测量点和激振点的选择。2、了解模态分析实验采用的仪器，实验的连接、安装和调整。3、激励振时各测点力信号和响应信号的测量及利用这些测量信号求取传递函数，并分析影响传递函数精度的因素。4、该模态分析模块各测点识别出系统的模态参数的步骤。5、动画显示。6、灵敏度分析及含义。二、实验原理模态分析技术是近年来在国内外得到迅速发展的一门新兴科学技术，广泛应用于航空、航天、机械制造、建筑、汽车等许多领域，在识别系统的动力学参数、动态优化设计、设备故障诊断等许多方面发挥了日益重要的作用。对于一个机构系统，其动态特性可用系统的固有频率、阻尼和振型来描述，

3、与模态质量和模态刚度一起通称为机械系统的模态参数。模态参数既可以用有限元的方法对结构进行简化得到，也可以通过激振实验对采集的振动数据进行处理识别得到。通过实验数据求取模态参数的方法就是实验模态分析。只要保证测试仪器的精度、实验条件和数据分析处理的精度就能获得高质量的模态参数。一个线性系统，若在某一点j施加激振力，系统各点的振动响应为，系统任意两点的传递函数之间的关系可用矩阵表示如下：(1-1)可记为：称为传递函数矩阵。其中的任意元素可以通过激振实验得到。(1-2)，分别表示响应与激振力的傅立叶变换。测量方法是给系统施加一有限带宽频率的激振力(冲击也

4、是一有限带宽激振力)，同时测量系统的响应，将力和响应信号进行滤波，A/D转换并离散采样，进行双通道FFT变换，计算出激振力与响应之间的传递函数。对测量的传递函数进行曲线拟和得到模态参数，一个多自由度系统曲线拟和传递函数的解析式为：(1-3)式中：，—第K阶的模态阻尼—第K阶的固有频率—第K阶留数—表示复数共轭由上式可知，各点传递函数的分母相同，都包含固有频率和模态阻尼，由任意点传递函数曲线拟和可以识别出系统的固有频率和阻尼，考虑到传递函数的测量和计算误差，将多测点传递函数相加合成一系列的传递函数，并由系统传递函数识别系统的固有频率和模态阻尼。由式(

5、1-3)可知，每一测点的传递函数曲线拟和得到的留数是不同的，留数矩阵与对应的固有频率振型的关系为：(1-4)是对称矩阵，其中每一行，每一列都是线性相关的。其中任意元素为：(1-5)称为系统的模态向量，即固有振型。只要利用留数矩阵的某一行或某一列，先将对应角元素包含的振型元素求出：(1-6)然后，即可求出任一点的振型元素：(1-7)模态分析模块要求采用某一点固定激振，逐点拾振，求出留数矩阵之一列的测量方法，或在某一固定点拾振，求出留数矩阵之一行的方法。本实验采用后一种方法。识别出系统的固有频率、阻尼和振型后，系统的模态阻尼和模态刚度由下式决定：(1-

6、8)(1-9)—模态质量—模态刚度—模态阻尼比至此整个系统的模态参数全部确定，其中最重要的参数是频率，阻尼和振型。振型代表了再系统的第K阶固有频率下，各测点位移振幅之间的比例关系。设，则系统对结构物理参数的微分灵敏度为：(1-10)、分别为系统的刚度矩阵和质量矩阵，为物理参数，可为刚度和质量。振型的微分灵敏度可表示为：(1-11)(1-12)灵敏度分析的意义在于，若想改变系统的动态特性，对每阶振型来说，改变那一点的质量或刚度，其频率和振型的变化率最大；同样，若维持系统动态特性不变，改变那一点的质量或刚度，其频率和振型的变化率最小。三、使用仪器、材料

7、B&KPULSE分析系统、双通道低通滤波器、B&K电荷放大器、力锤、加速度传感器、橡胶绳、被测钢板图1测量及数据处理系统框图四、实验步骤本实验采用B&K公司的PULSE分析系统自带的模态分析模块，对图2所示的框架结构进行分析。通过该实验达到如下目的：图2框架结构图模态分析步骤：1、连接仪器，并调整好各仪器的开关档位，传递函数频率分析范围为500Hz以内，低通可取截止频率为300Hz档。2、选择测点，建立被测结构的几何模型。3、测量信号的数据采集及双通道谱分析。4、调用十个传递函数同时显示功能确定系统的前五阶固有频率。5、求取系统多测点加权传递函数幅

8、频特性并产生频率阻尼识别文件。6、识别系统的频率阻尼产生频率阻尼数据文件。7、识别系统振型，产生振型数据文件。8、可以显示