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模態(tài)試驗怎么做?

2019-07-20 00:40:44·  來源：COINV東方所振動噪聲測試  
　
模態(tài)試驗de主要過程1. 幾何建模模態(tài)試驗中僅僅對結構的一點進行激勵和響應測量是不夠的，實際中可以對結構上的多點進行激勵（MISO）或者測量多點的響應（SIMO）
模態(tài)試驗de主要過程


1. 幾何建模

模態(tài)試驗中僅僅對結構的一點進行激勵和響應測量是不夠的，實際中可以對結構上的多點進行激勵（MISO）或者測量多點的響應（SIMO），或者在多點激勵并測取多點響應（MIMO）。在結構上合理確定這些激勵和響應測點，以及定義自由度確定測量方向，是幾何建模的主要內(nèi)容。如圖1為確定汽車結構幾何測點位置的過程。

圖1 幾何建模需要確定測量點位置、方向和約束信息

2. 測量

對于EMA模態(tài)試驗，常使用力錘或激振器對結構進行激勵，在所規(guī)劃的測點位置布置振動傳感器，通過數(shù)據(jù)采集器同步測量激勵和響應信號。

對測量到的激勵和響應信號進行傳遞函數(shù)分析，可得到頻響函數(shù)FRF，基于這些FRF就可以進行模態(tài)參數(shù)提取了。在傳遞函數(shù)分析中，除FRF的幅頻和相頻曲線之外，相干曲線也是非常重要的，可以用來判斷測量數(shù)據(jù)的有效性。

對于OMA模態(tài)試驗，可以直接使用半譜、相關函數(shù)或時域波形進行模態(tài)參數(shù)的提取，則激勵信號的獲取與FRF的計算過程就不是必須的。

注意判斷測量數(shù)據(jù)的好壞：

1） 分析頻率是否合適，激勵力的頻率范圍是否合適

2） 相干系數(shù)是否足夠，一般不應低于0.75，對于EMA應更高一些，OMA可能低一些

3） 若數(shù)據(jù)不好，除了理論上的一些誤差外，還應注意：

a) 連線不好，測量的是噪聲，不是實際信號

b) 信號過載，欠載，有干擾信號

c) OMA多組測量時，測量時間不夠長，各組之間的數(shù)據(jù)融合不好。

圖2 為典型的FRF曲線，上部為幅頻曲線，中部為相頻曲線，下部為相干函數(shù)。

圖2 典型的FRF曲線

3. 模態(tài)擬合——參數(shù)提取

從測量數(shù)據(jù)中提取模態(tài)參數(shù)的過程有很多方法，經(jīng)典的頻域方法主要通過FRF來進行參數(shù)識別。以最簡單的PPT峰值拾取法為例，通過所有測點的FRF的集總平均可以獲得各階固有振動的頻率和阻尼比，而振型則可以通過各階頻率的FRF的相位信息來獲取。但是PPT方法只能適合一些簡單結構，其各階模態(tài)頻率較為分散。實際工程中的結構可能較為復雜，各階振動之間相互耦合，這就需要一些曲線擬合的數(shù)學算法來完成，所以也稱為模態(tài)擬合方法，一般通過計算機軟件來完成，如圖3，將測量得到的FRF曲線擬合為3個單自由度的曲線，以獲取3階模態(tài)參數(shù)。

圖3 從測量的FRF中擬合出若干個單自由度曲線

4. 結果驗證 

完成模態(tài)參數(shù)識別后，需要通過一定的驗證手段來確認提取過程是否正確，或者提取參數(shù)的精度是否滿足要求。

振型相關矩陣可檢查模態(tài)分析的振型結果是否可靠。如圖4，該矩陣主要用來校核各階模態(tài)振型之間的正交性，矩陣關于主對角線對稱，主對角線的元素都為1。矩陣元素的行號和列號分別代表了兩階模態(tài)，其大小表示了這兩階模態(tài)振型的正交性，為歸一化后的兩階模態(tài)振型標量乘積，值越小表示正交性越好。理想的模態(tài)分析結果的振型相關矩陣除主對角元素外，其它元素的值都很小。

判斷模態(tài)分析結果好壞的另一個有效方法就是比較擬合結果，即比較實測的頻響函數(shù)曲線和由各階模態(tài)留數(shù)構成的理論頻響函數(shù)曲線的差異。

其他如穩(wěn)定圖中的MAC值、模態(tài)重要性指示函數(shù)MII、多方法結果相互校核等都可以作為結果驗證的手段。

圖4 利用振型相關矩陣校驗模態(tài)分析結果
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