模態(tài)分析實驗報告8頁

1、機械工程測試技術綜合實驗報告實驗項目名稱：機械結構固有模態(tài) 實驗班級： 機械32實驗小組成員姓名（學號）：張豪2130101047 張唯2130101048趙亮2130101049 景世釗2130101033王汝之2130101042 朱金格2130101028實驗小組組長：張豪實驗報告日期： 15/12/12實驗目的：針對機械結構（簡支梁、懸臂梁、圓盤）的固有模態(tài)進行分析，了解幾種常用的結構動態(tài)特性激勵方法，掌握機械結構固有模態(tài)的測試系統(tǒng)設計、測試系統(tǒng)搭建、數(shù)據(jù)采集及信號分析方法和技術。實驗原理：模態(tài)分析方法及其應用：模態(tài)分析方法是把復雜的實際結構簡化成模態(tài)模型，來進行系統(tǒng)的參數(shù)識別（系統(tǒng)識

2、別），從而大大地簡化了系統(tǒng)的數(shù)學運算。通過實驗測得實際響應來尋示相應的模型或調(diào)整預想的模型參數(shù)，使其成為實際結構的最佳描述。主要應用有：用于振動測量和結構動力學分析?？蓽y得比較精確的固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼、模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度?？捎媚B(tài)實驗結果去指導有限元理論模型的修正，使計算模型更趨完善和合理。 用來進行結構動力學修改、靈敏度分析和反問題的計算。用來進行響應計算和載荷識別。 模態(tài)分析基本原理： 工程實際中的振動系統(tǒng)都是連續(xù)彈性體，其質(zhì)量與剛度具有分布的性質(zhì)，只有掌握無限多個點，在每瞬時的運動情況，才能全面描述系統(tǒng)的振動。因此，理論上它們都屬于無限多自由度的系統(tǒng)，需要用連續(xù)模型才能加以描述

3、。但實際上不可能這樣做，通常采用簡化的方法，歸結為有限個自由度的模型來進行分析，即將系統(tǒng)抽象為由一些集中質(zhì)塊和彈性元件組成的模型。模態(tài)分析是在承認實際結構可以運用所謂“模態(tài)模型”來描述其動態(tài)響應的條件下，通過實驗數(shù)據(jù)的處理和分析，尋求其“模態(tài)參數(shù)”，是一種參數(shù)識別的方法。模態(tài)分析的實質(zhì)，是一種坐標轉換。其目的在于把原在物理坐標系統(tǒng)中描述的響應向量，放到所謂“模態(tài)坐標系統(tǒng)”中來描述。這一坐標系統(tǒng)的每一個基向量恰是振動系統(tǒng)的一個特征向量。也就是說在這個坐標下，振動方程是一組互無耦合的方程，分別描述振動系統(tǒng)的各階振動形式，每個坐標均可單獨求解，得到系統(tǒng)的某階結構參數(shù)。實驗內(nèi)容： 1、動態(tài)數(shù)據(jù)的采集及

4、頻響函數(shù)或脈沖響應函數(shù)分析 （1）激勵方法。試驗模態(tài)分析是人為地對結構物施加一定動態(tài)激勵，采集各點的振動響應信號及激振力信號，根據(jù)力及響應信號，用各種參數(shù)識別方法獲取模態(tài)參數(shù)。激勵方法不同，相應識別方法也不同。目前主要有多輸入單輸出（MISO）、單輸入多輸出（SIMO）兩種方法。本次試驗采用多輸入單輸出（MISO）方式 （2）數(shù)據(jù)采集。錘子端部安裝壓力傳感器，梁上分別部署加速度傳感器和電渦流傳感器分別測試，傳感器先經(jīng)過電荷放大再接入采集系統(tǒng)，經(jīng)過調(diào)理的信號輸入計算機由軟件進行處理并計算出結果顯示。 （3）時域或頻域信號處理。例如譜分析、傳遞函數(shù)估計、脈沖響應測量以及濾波、相關分析等。2、振形動

5、畫 ：參數(shù)識別的結果得到了結構的模態(tài)參數(shù)模型，即一組固有頻率、模態(tài)阻尼以及相應各階模態(tài)的振形。由于結構復雜，由許多自由度組成的振形也相當復雜，必須采用動畫的方法，將放大了的振形疊加到原始的幾何形狀上。 數(shù)據(jù)處理：簡支梁模態(tài)測試簡支梁如下圖所示，長（x 向）680mm，寬（y 向）50mm，高（z 向）8mm。欲使用多點敲擊、單點響應方法做其 z 方向的振動模態(tài)測點的確定 簡支梁在 y、z 方向尺寸和 x 方向（尺寸）相差較大，可以簡化為桿件，所以只需在 x 方向順序 布置若干敲擊點即可（本例采用多點移步敲擊、單點響應方法），敲擊點的數(shù)目視要得到的模態(tài)的階 數(shù)而定，敲擊點數(shù)目

6、要多于所要求的階數(shù)，得出的高階模態(tài)結果才可信。此例中在 x 方向把梁分成 十六等份，即可以布十七個測點。選取拾振點時要盡量避免使拾振點在模態(tài)振型的節(jié)點上，此處取 拾振點在第六個敲擊點處（或選取第三點作為拾振點）。儀器連接 儀器連接如下圖所示，其中力錘上的力傳感器接 INV1601B 實驗儀第一通道的電荷輸入端，壓 電加速度傳感器接 INV1601B 實驗儀第二通道的電荷輸入端，兩個通道的 INV1601B 實驗儀的輸入 選擇相應地調(diào)到壓電加速度一端。加速度傳感器測量結果：模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階頻率40.335Hz161.190Hz361.179Hz635.251Hz質(zhì)量1.000e+

7、0001.000e+0001.000e+0001.000e+000剛度6.423e+0031.026e+0065.150e+0061.593e+007阻尼1.059e+0017.848e+0001.192e+0011.065e+001電渦流傳感器：模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階頻率40.738Hz161.134Hz360.696Hz635.306Hz質(zhì)量1.000e+0001.000e+0001.000e+0001.000e+000剛度6.552e+0041.025e+0065.136e+0061.593e+007阻尼9.073e+0007.322e+0001.592e+0011.148e+

8、001連續(xù)彈性體懸臂梁模態(tài)測試加速度傳感器：模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階頻率25.173Hz12.991Hz298.611Hz482.014Hz質(zhì)量1.000e+0001.000e+0001.000e+0001.000e+000剛度2.502e+0045.040e+0053.520e+0069.172e+006阻尼3.261e+0012.400e+0001.416e+0012.855e+001電渦流傳感器：模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階頻率25.542Hz125.447 Hz326.446Hz649.200Hz質(zhì)量1.000e+0001.000e+0001.000e+0001.000e+

9、000剛度2.572e+0046.213e+0054.207e+0061.664e+007阻尼8.203e-0013.689e+0001.048e+0014.071e+001圓板模態(tài)測試加速度傳感器：模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階頻率50.433Hz81.976 Hz100.568Hz136.610Hz質(zhì)量1.000e+0001.000e+0001.000e+0001.000e+000剛度1.004e+0052.653e+0053.993e+0057.368e+005阻尼3.135e+0006.361e+0004.468e+0014.007e+000電渦流傳感器：模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階頻率57.393Hz82.171 Hz114.462Hz148.390Hz質(zhì)量1.000e+0001.000e+0001.000e+0001.000e+000剛度1.300e+0052.666e+0055.172e+0058.693e+005阻尼3.823e+0005.402e+0009.408e+0002.210e+000總結：（1） 數(shù)據(jù)處理過程直接影響測試結果，分析選定測點波形時對干擾信號的力窗屏蔽直接影響動畫效果，分析過程應注意屏蔽干擾。（2） 多測點能有