振動(dòng)測試試驗(yàn)講義摘錄

1、振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容?常用振動(dòng)測試設(shè)備的原理及使用。?振動(dòng)測試系統(tǒng)的選擇、安裝與使用。?振動(dòng)信號的數(shù)據(jù)采集、分析處理的理論與實(shí)踐。?動(dòng)態(tài)信號分析儀的原理與使用。?模態(tài)試驗(yàn)的基本理論、試驗(yàn)方法與試驗(yàn)過程。目標(biāo)與要求? 了解振動(dòng)測試的目的和意義。? 了解振動(dòng)測試的基本手段和方法。?掌握基本的振動(dòng)測試技術(shù)。振動(dòng)測試與動(dòng)態(tài)分析包括三個(gè)部分?振動(dòng)測量與數(shù)據(jù)采集，?動(dòng)態(tài)信號分析，?機(jī)械或結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性測試。1、振動(dòng)測量與數(shù)據(jù)采集機(jī)械或結(jié)構(gòu)振動(dòng)的位移、速度、加速度；沖擊的加速度；噪聲的聲壓和聲強(qiáng) 等等，這些物理量是隨時(shí)間變化的，稱之為動(dòng)態(tài)信號，對其測量稱之為動(dòng)態(tài)測量 振動(dòng)測量屬于動(dòng)態(tài)測量范圍。動(dòng)態(tài)測量是指

2、由傳感器測得這些非電物理量并轉(zhuǎn)為電信號，然后經(jīng)過放大、 濾波等適調(diào)環(huán)節(jié)，對信號作適當(dāng)調(diào)節(jié)，對測量結(jié)果進(jìn)行顯示、記錄的全過程。工程中的物理量都是隨時(shí)間連續(xù)變化的，相應(yīng)的連續(xù)時(shí)間信號稱為模擬信 號。將連續(xù)時(shí)間信號轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號的過程稱為數(shù)據(jù)采集。2、動(dòng)態(tài)信號分析對于振動(dòng)、沖擊等快變物理量，數(shù)據(jù)采集得到的時(shí)間歷程信號尚不足以描述 其特征，而有效值、峰值等參數(shù)反映的信息量又太少。因此，對所測得的動(dòng)態(tài)信 號往往需要進(jìn)行分析，即動(dòng)態(tài)信號分析。通過動(dòng)態(tài)信號分析，獲得更多的能夠較 詳盡反映物理特征的各項(xiàng)參數(shù)。如頻率響應(yīng)函數(shù)、功率譜密度函數(shù)、相關(guān)函數(shù)等 等。3、機(jī)械或結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性測試實(shí)際測量、分析的物理量，

3、往往是被試對象在一定運(yùn)行環(huán)境中受到某種激勵(lì) 的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，前者是輸入后者是輸出。由于線性系統(tǒng)的輸入、輸出之間存在簡單 的因果關(guān)系，因此可以通過對被試系統(tǒng)輸入、輸出物理量的測量和分析來確定系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，這就是動(dòng)態(tài)特性測試。例如結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)就是第一章振動(dòng)測試設(shè)備振動(dòng)測試設(shè)備主要包括：傳感器、適調(diào)器、激振裝置、數(shù)據(jù)采集器、信號分 析處理軟件等。傳感器：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、激光傳感器、力傳感 器。激振裝置：激振器、力錘、振動(dòng)臺(tái)。適調(diào)器：電荷放大器（或恒流源）、抗混濾波器、程控放大器。數(shù)據(jù)采集器：采樣/保持器、A/D變換器。振動(dòng)傳感器振動(dòng)傳感器一將振動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姡ɑ蚱渌锢恚┬盘柕?/p>

4、裝置。分類：?根據(jù)被測振動(dòng)量是位移、速度還是加速度，可以將振動(dòng)傳感器分為：位移傳感 器、速度傳感器和加速度傳感器。?從電學(xué)原理上可以將振動(dòng)傳感器分為：電感型、電動(dòng)型、渦流型、壓電型和壓阻型。?從力學(xué)原理可以將振動(dòng)傳感器分為：絕對式傳感器和相對式傳感器。絕對式傳感器又稱為基礎(chǔ)式或慣性式傳感器。最常用的是：絕對式壓電加速度傳感器！1.1.1 振動(dòng)傳感器原理絕對式位移振動(dòng)傳感器可用于測量頻率遠(yuǎn)高于傳感器固有頻率的振動(dòng)。加速度傳感器用在低于傳感器固有頻率范圍的振動(dòng)測量。O振動(dòng)傳感器技術(shù)指標(biāo)?頻率響應(yīng)特性（包括幅頻特性和相頻特性）?靈敏度：電信號輸出與被測運(yùn)動(dòng)輸入之比。?動(dòng)態(tài)范圍：可測量的最大振動(dòng)量與最

5、小振動(dòng)量之比。?橫向靈敏度：垂直于主軸的橫向振動(dòng)也會(huì)是使傳感器產(chǎn)山輸出信號。該信號與主軸靈敏度的百分比為橫向靈敏度。?幅值線性度：實(shí)際傳感器的輸出信號只在一定幅值范圍內(nèi)與被測振動(dòng)成正比（即保持線性特性）。在規(guī)定線性度內(nèi)可測幅值范圍稱為線性范圍。1.1.2 慣性式加速度傳感器?壓電加速度傳感器，？壓阻加速度傳感器，？伺服加速度傳感器壓電加速度傳感器是目前使用最為廣泛的傳感器！壓電加速度傳感器特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：?使用頻率范圍很寬：，?動(dòng)態(tài)范圍大：0.001g-10000g;?附加質(zhì)量?。嚎梢孕〉?g以下。缺點(diǎn)：?對后繼信號適調(diào)器要求較高.一般需要采用較為復(fù)雜的電荷放大器，?不適合測量超低頻信號：1）理論上

6、可測的頻率下限可以到零，實(shí)際上低頻范圍受 限于信號適調(diào)器（電荷放大器）的輸入級時(shí)間常數(shù)T,即RC高通濾波器的-3dB頻率.2） 當(dāng)頻率很低時(shí)，加速度信號很小，將受到測量電噪聲的影響。壓阻加速度傳感器特點(diǎn)?頻響可從0Hz開始。無零飄，頻率上限由慣性測量系統(tǒng)的固有頻率決定，可達(dá) 25004000Hz;?體積小、重量輕。1.1.3 速度與位移傳感器一、電動(dòng)式速度傳感器電動(dòng)式速度傳感器基于電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體在固定磁場里切割磁 力線時(shí)，導(dǎo)體的兩端就感應(yīng)出電動(dòng)勢。電動(dòng)式速度傳感器的輸出電壓與導(dǎo)線相對于磁力線的切割速度成正比。電動(dòng)式速度傳感器特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)?電壓靈敏度高，可直接測量；？噪聲小;？耐高溫.

7、缺點(diǎn)：?質(zhì)量大;？測量低頻（10Hz混差大。二、渦流式位移傳感器渦流式位移傳感器特點(diǎn)?主要特點(diǎn)是它與被測點(diǎn)沒有接觸，是相對式測量?？梢詼y量靜態(tài)信號。?結(jié)構(gòu)簡單、線性度好、抗干擾能力強(qiáng)。1.1.4 動(dòng)態(tài)壓電式力傳感器壓電傳感器的輸出電荷與外力成正比振動(dòng)傳感器的選擇與安裝選擇：振動(dòng)傳感器的選擇是振動(dòng)測試首先要考慮的問題！?對于超低頻（<2Hz）«量，盡量選擇位移傳感器。若位移較大，也可選用低頻性 能較好的加速度傳感器。?對于較低頻（25Hz）測量，建議使用壓阻式加速度傳感器。?沖擊測量選擇壓電加速度傳感器。?由于壓電加速度傳感器的普遍擁有和性能質(zhì)量的逐步提高，使用壓電加速度傳 感器

8、是振動(dòng)測量的首選。理論上，只要獲得位移、速度和加速度的其中之一，即可換算得到其它量。選擇加速度傳感器考慮因素?靈敏度：所選傳感器的的靈敏度應(yīng)與被測振動(dòng)的大小匹配。靈敏度高的傳感器往往自身質(zhì)量較大，諧振頻率較低。?傳感器諧振頻率：通常測量頻率范圍為安裝諧振頻率的三分之一。?傳感器質(zhì)量：傳感器的質(zhì)量相對于被測對象的質(zhì)量，越小越好。一般而言，<1100?動(dòng)態(tài)范圍：測量小加速度時(shí)，不宜選擇動(dòng)態(tài)范圍較大的傳感器， 測量很大加速 度（包括沖擊）時(shí)，必須選擇有足夠動(dòng)態(tài)范圍的傳感器。?止匕外，必須考慮傳感器的使用環(huán)境，如溫度、電磁場等加速度傳感器的安裝加速度傳感器與被測體的連接是傳感器安裝的一個(gè)關(guān)鍵問題

9、，直接關(guān)系到傳 感器的有效使用（頻率特性和溫度特性）。傳感器的安裝連接及其頻率特性：?鋼螺栓連接：這是一種理想的安裝方法。傳感器使用頻率最高。?膠接：通常使用用環(huán)氧膠或502膠水。傳感器使用頻率較高?雙面膠連接：這是一種較方便快捷的傳感器安裝方法。 實(shí)用于較低頻率和傳感 器質(zhì)量較小的情況。傳感器使用頻率較低。？石蠟粘接：簡單易行，方便快捷。傳 感器使用頻率較低。?永久磁鐵：若被測試件是鐵磁材料且有平坦表面時(shí)，可采用此連接方式。此外應(yīng)固定好導(dǎo)線、并將傳感器于被測實(shí)踐絕緣。信號適調(diào)器對被測信號進(jìn)行放大、歸一化、積分、濾波等信號變換，稱為信號適調(diào)。實(shí) 現(xiàn)信號適調(diào)的的電子儀器稱為信號適調(diào)器。?各種傳感

10、器通常配置相應(yīng)的適配器。?壓電式傳感器配置電荷放大器（或恒流源）。電荷放大器：是一個(gè)具有電容負(fù)反饋、且輸入阻抗極高的高增益運(yùn)算放大器。 它 能直接將壓電傳感器產(chǎn)生的電荷變換成輸出電壓。結(jié)論：1）電荷放大器的輸出電壓與壓電傳感器產(chǎn)生的電荷成正比；2）輸出電壓與輸入電荷的頻率特性只與反饋電容有關(guān)，而不受電纜電容等因素的影響；3）改變反饋電容的大小，就能方便地改變電荷放大器的輸出電壓。將微型電壓放大器或阻抗變換器（作用是將壓電傳感器的高輸出阻抗變換為 低輸出阻抗）直接裝進(jìn)傳感器內(nèi)部，引線電容幾乎為 0,從而解決了電纜影響問 題。這就是內(nèi)置電品&式壓電傳感器（ICP傳感器）。新一代動(dòng)態(tài)信號分析

11、系統(tǒng)通常帶有與之配套的信號調(diào)理器（恒流源）振動(dòng)校準(zhǔn)振動(dòng)校準(zhǔn)的主要內(nèi)容有:?靈敏度：電信號輸出與被測運(yùn)動(dòng)輸入之比。?頻率響應(yīng)特性（包括幅頻特性和相頻特性）靈敏度在所使用的范圍內(nèi)隨頻率的 變化。?橫向靈敏度：垂直于主軸的橫向振動(dòng)也會(huì)是使傳感器產(chǎn)生輸出信號。該信號與主軸靈敏度的百分比為橫向靈敏度。?幅值線性度：靈敏度隨幅值的變化關(guān)系。振動(dòng)校準(zhǔn)方法：1）絕對校準(zhǔn)法，2）比較法，3）重力法1.3.1 比較法一般振動(dòng)實(shí)驗(yàn)室通常采用比較法對測量用工作傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，即通過被較傳感器（即工作傳感器）與標(biāo)準(zhǔn)傳感器進(jìn)行比較從而到達(dá)校準(zhǔn)的目的。加速度傳感器比較法校準(zhǔn)原理（見參考書）。力傳感器比較法校準(zhǔn)原理（見參考書

12、）。1.3.2 重力法重力法原理（見參考書）。激振裝置一激振器、力錘、振動(dòng)臺(tái)、沖擊臺(tái)?激振是機(jī)械、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性測試中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。所謂激振就是對被試機(jī)械、 結(jié)構(gòu)施加一定形式和大小的激振力，使之產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)。?動(dòng)態(tài)測試的一個(gè)重要內(nèi)容就是對被測系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)（激振），通過振動(dòng)測試、 數(shù)據(jù)采集和信號分析，由輸出和輸入確定機(jī)械、結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。?激振需要激振裝置一激振器、力錘、振動(dòng)臺(tái)、沖擊臺(tái)。?振動(dòng)臺(tái)可給整個(gè)試驗(yàn)對象一定頻率和大小的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)；激振器可對被試對象提供一定頻率和大小的振動(dòng)力?力錘可對被試對象提供一定大小脈寬的振動(dòng)力；?沖擊設(shè)備的作用是產(chǎn)生典型化的沖擊過程， 并且有規(guī)定精度的重復(fù)性，一模擬

13、實(shí)際的沖擊效應(yīng)第二章信號分析信號分析基礎(chǔ)?振動(dòng)信號從統(tǒng)計(jì)特征，可分為確定性振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。確定性振動(dòng)：能夠用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述。例如：彈性系統(tǒng)自由振動(dòng)。隨機(jī)振動(dòng)：不能用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述，無法預(yù)測未來某時(shí)刻的精確值。例如：路面對汽車的激勵(lì)，大氣紊流對飛機(jī)結(jié)構(gòu)的激勵(lì)。?確定性振動(dòng)又可分為周期性振動(dòng)和非周期性振動(dòng)。?信號分析的主要內(nèi)容是將信號的時(shí)間歷程用更能顯示信號特點(diǎn)的頻譜來表示。周期信號可由傅里葉級數(shù)變成離散頻譜。非周期信號可通過傅里葉變換變成連續(xù)頻譜。2.1.1 周期信號分析一傅里葉級數(shù)?任何一個(gè)周期為T的振動(dòng)信號可以展開成以簡諧函數(shù)表示的傅里葉級數(shù)任何周期信號可分解為直流”和各次諧波分

14、量。周期信號的特點(diǎn)是它的頻譜由一些離散的譜線組成。2.1.2 非周期信號分析一傅里葉變換非周期信號可通過傅里葉變換變成連續(xù)頻譜。2.1.3 隨機(jī)信號分析幾個(gè)概念：?隨機(jī)振動(dòng)是一種非確定性振動(dòng)。?要了解隨機(jī)振動(dòng)必須研究相同實(shí)驗(yàn)條件下的多個(gè)振動(dòng)記錄的統(tǒng)計(jì)特性。?若隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化，就叫做平穩(wěn)隨機(jī)過程。?當(dāng)整個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性與每個(gè)樣本的統(tǒng)計(jì)特性相同，稱該平穩(wěn)隨機(jī)過程為各態(tài)歷經(jīng)過程。2.1.3.1 隨機(jī)振動(dòng)信號的基本統(tǒng)計(jì)量?均值?均方值、均方根值?方差、標(biāo)準(zhǔn)差1）均值表征了隨機(jī)信號的直流分量。2）方差表征了交流分量。3）均方值即包含了信號的直流分量也包含交流分量。2.1.3.2

15、概率密度與概率分布概率密度函數(shù)定義（見參考書）。概率分布函數(shù)定義（見參考書）。2.1.3.3 相關(guān)函數(shù)（見參考書）。2.1.3.4 功率譜密度從自相關(guān)函數(shù)，通過幅傅里葉變換可求出另一個(gè)十分重要的函數(shù)，自功率譜密度函數(shù)。自相關(guān)函數(shù)等于自功率譜密度函數(shù)的傅里葉逆變換。動(dòng)態(tài)信號譜分析2.2.1離散傅里葉變換和快速傅里葉變換（見參考書）。2.2.2 離散傅里葉變換（DFT）（見參考書）。離散傅里葉變換將N個(gè)點(diǎn)的時(shí)域數(shù) 據(jù)變換成N個(gè)頻域數(shù)據(jù)2.2.4功率譜密度（PSD）估計(jì)早期的數(shù)字功率譜密度估計(jì)的做法是： 先計(jì)算自相關(guān)函數(shù)，然后進(jìn)行傅是氏 變換求出功率譜密度。自從提出FFT之后，功率譜密度直接由信號的

16、FFT來計(jì)算。 建立在FFT基礎(chǔ)上的功率譜密度可以按下式計(jì)算2 ndGxx - XKfQXNfk）ndT i 12 ndGxy Y（fk）Xi（fk）%T i 1?功率譜密度計(jì)算的具體步驟如下：（見參考書）?功率譜密度估計(jì)誤差包括：隨機(jī)誤差和偏度誤差。?減小隨機(jī)誤差采用平均處理。?偏度誤差是由頻率分辨率有限而產(chǎn)生的。 提高頻率分辨率可以大大減小偏度誤 差。?關(guān)于泄露和窗函數(shù)（見參考書）。頻率響應(yīng)函數(shù)（詳見參考書）。已知系統(tǒng)的激勵(lì)和響應(yīng)求出系統(tǒng)特性 （即系統(tǒng)識別）在工程中具有十分重要 的意義。頻率響應(yīng)函數(shù)是頻域系統(tǒng)分析方法中的重要參數(shù)。對于平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)：頻響函數(shù)可定義為2 Gyy（ ） |H（

17、） Gxy（）第三章動(dòng)態(tài)信號采集?動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集：將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌诖鎯?chǔ)、傳輸和分析處理的數(shù)字信號。將 一個(gè)連續(xù)變化的模擬量信號在時(shí)間域上離散化 （稱為采樣），然后再將時(shí)間離散、 幅值連續(xù)的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉涤螂x散的數(shù)字信號（稱為量化）。?連續(xù)信號經(jīng)采樣將產(chǎn)生所謂的頻率混疊問題，導(dǎo)致采樣信號的偏度誤差。?量化將引起量化噪聲，降低信號的信噪比。采樣與量化（見參考書）。3.1.1程控放大器（見參考書）。采樣與頻率混疊（見參考書）。采樣定理：（見參考書）。3.2 .1頻率混疊?直觀物理解釋：信號一個(gè)周期內(nèi)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)不超過 2個(gè)，采集的離散序列不 足以表現(xiàn)信號的周期性。?理論解釋：若信號中含有大于采樣頻

18、率1/2的頻率成分，將疊加到采樣頻率1/2 以內(nèi)，并與該頻率內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)生混淆。?解決頻率混疊的方法：1）提高采樣頻率。2）在信號進(jìn)入采樣之前用模擬式低 通濾波器（抗混濾波器）。3.2.2抗混濾波器?濾波器是具有一定傳遞特性的信號變換電路。 理想的低通濾波器在通帶內(nèi)傳遞 特性為1,而在高于截止頻率的阻帶內(nèi)傳遞特性為 00?上述理想濾波器在物理上是無法實(shí)現(xiàn)的。 對于實(shí)際低通濾波器，通常是分別對 阻帶、通帶及過度帶傳遞特性提出一定要求，使之成為接近理想濾波器的傳遞特性。?抗混濾波器通常要求指標(biāo)為1）過度帶衰減斜率0 -80120dB/Oct2）阻帶衰減7580dB3）通帶波紋度& ±

19、;±1dB3.3.1 采樣/保持器（S/H）（見參考書）。3.3.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（A/D）（見參考書）。第四章動(dòng)態(tài)信號分析儀及其使用動(dòng)態(tài)信號分析儀簡介動(dòng)態(tài)信號分析儀是將動(dòng)態(tài)信號采集、顯示、存儲(chǔ)、分析集 成一體的儀器設(shè)備。動(dòng)態(tài)信號分析儀大多有24個(gè)輸入通道，一個(gè)信號源輸出。每個(gè)輸入通道 由程控放大器、抗混濾波器、采樣/保持器（S/H）和模數(shù)*$換器（A/D）組成。動(dòng)態(tài)信號分析儀含有CPU DSP FPP RAM、控制軟件、計(jì)算分析軟件。動(dòng)態(tài)信號分析儀的主要功能?時(shí)域分析：時(shí)間波形、自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)等；?頻域分析：線形譜、功率譜（均方譜）、功率譜密度函數(shù)、頻率響應(yīng)函

20、數(shù)、相干 函數(shù)等。動(dòng)態(tài)信號分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)功能?頻率范圍：0100KHz?精 度： 一,一2deg?動(dòng)態(tài)范圍：7285dB4.2動(dòng)態(tài)信號分析儀使用?關(guān) 鍵：根據(jù)測量分析目的，正確合理地選擇和設(shè)置測量、分析參數(shù)。?需要優(yōu)先選擇的參數(shù)是：頻率范圍、頻率分辨率和記錄長度。?為了減小頻率分析結(jié)果的偏度誤差，應(yīng)優(yōu)先考慮。?若信號長度有限（例如瞬態(tài)信號），應(yīng)優(yōu)先選擇記錄時(shí)間.設(shè)置硬件參數(shù)和分析參數(shù)1）數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置a）輸入?yún)?shù)：各各通道量程，輸入模式（電壓、電荷、ICP）,耦合方式（DC 或AC）,傳感器靈敏度等。b）觸發(fā)參數(shù)：觸發(fā)方式（輸入觸發(fā)、信號源觸發(fā)、外觸發(fā)），觸發(fā)電平與斜 率，觸發(fā)延遲。c

21、）信號源參數(shù)：信號類型（隨機(jī)、正弦、瞬態(tài)）和輸出電平。2）測量分析參數(shù)設(shè)置： A）窗函數(shù)a）漢寧窗：主要用于隨機(jī)信號分析，以減 小功率泄漏。b）力窗和指數(shù)窗：在頻響函數(shù)測試中，對脈沖力信號加力窗提高 信噪比，對脈沖響應(yīng)信號加指數(shù)窗防止信號截?cái)啵瑴p小功率泄漏提高信噪比。c）矩形窗：主要用于瞬態(tài)信號分析。B）平均方式與平均次數(shù)。動(dòng)態(tài)信號分析儀實(shí)際操作內(nèi)容實(shí)驗(yàn)三：測量雙簡支梁（或懸臂梁）的頻率響應(yīng)函數(shù)（分別用激振器隨機(jī)信號激勵(lì)、正弦掃頻）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解動(dòng)態(tài)信號分析儀的基本功能。2）初步掌握動(dòng)態(tài)信號分析儀的基本操作方法和過程。3）基本掌握用（激振器）隨機(jī)信號激勵(lì)的頻率響應(yīng)函數(shù)測試方法（參數(shù)設(shè)置）

22、。4） 了解Hanning、指數(shù)窗的作用與應(yīng)用。5） 了解平均處理的作用。第五章機(jī)械、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析?幾個(gè)概念：模態(tài)一一機(jī)械結(jié)構(gòu)的無阻尼自由振動(dòng)（即固有振動(dòng)）具有的一定的模式。模態(tài)參數(shù) 描述各模態(tài)特性的固有頻率（又稱模態(tài)頻率）和對應(yīng)的振型。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析（即模態(tài)試驗(yàn)） 一一基于系統(tǒng)響應(yīng)和激振力的動(dòng)態(tài)測試，由系統(tǒng)輸入（激振力）和輸出（響應(yīng)）數(shù)據(jù)，經(jīng)信號處理（獲得頻率響應(yīng)函數(shù)）和 參數(shù)識別（頻率響應(yīng)曲線擬合）確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。計(jì)算模態(tài)分析（即有限元分析）一一從機(jī)械結(jié)構(gòu)的幾何特性與材料特性原始 數(shù)據(jù)出發(fā)，采用有限元素法形成系統(tǒng)的離散數(shù)學(xué)模型（質(zhì)量矩陣和剛度矩陣），然后通過求解特征值問題，確定系統(tǒng)的

23、模態(tài)參數(shù)。？計(jì)算模態(tài)分析的目的：確定系 統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，用模態(tài)迭加法，可以分析機(jī)械結(jié)構(gòu)在已知外載荷作用下的動(dòng)態(tài)響 應(yīng)。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的目的：由系統(tǒng)輸入和輸出數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。用 途：1）檢驗(yàn)有限元計(jì)算結(jié)果。2）由模態(tài)參數(shù)構(gòu)造系統(tǒng)，再用該系統(tǒng)求動(dòng)態(tài)響應(yīng) 或動(dòng)態(tài)載荷?，F(xiàn)代常用的模態(tài)識別采用頻域方法。即由實(shí)測的頻率響應(yīng)函數(shù)來確定模態(tài)參 數(shù)。頻率響應(yīng)函數(shù)與模態(tài)參數(shù)的關(guān)系NTH（ ）2-r 1 mr （ r ） j2 r rN自由度的頻率響應(yīng)，等于N個(gè)單自由度系統(tǒng)頻率響應(yīng)的線性迭加。為了確定全部的模態(tài)參數(shù)，實(shí)際上只需測量頻率響應(yīng)矩陣的一列（固定一點(diǎn) 激振，各點(diǎn)響應(yīng)）或一行（依此各點(diǎn)激振，固定一點(diǎn)響應(yīng)

24、）。模態(tài)參數(shù)識別（頻率響應(yīng)曲線擬合）?試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析（模態(tài)參數(shù)識別）的任務(wù)就是由一定頻段內(nèi)的實(shí)測頻率響應(yīng)函數(shù) 數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。?參數(shù)識別：由系統(tǒng)的輸入、輸出出發(fā)，采用一定的優(yōu)化算法確定一類描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)，使之在一定準(zhǔn)則下與實(shí)際測試結(jié)果符合最好。曲線擬合得到實(shí)測頻率響應(yīng)函數(shù)的眾極點(diǎn)和留數(shù)。極點(diǎn)與模態(tài)參數(shù)的關(guān)系式如下：Si s i ij ij i i i ij j 1i:：第i階固有圓頻率為：一22i , ii第i階模態(tài)阻尼比i :同一模態(tài)的眾留數(shù)所組成的列陣即為該階模態(tài)的固有振型。若激勵(lì)點(diǎn)p不1iApi2iA2PiniAnPi變，響應(yīng)點(diǎn)r（l=1,2, n）洪第i階模態(tài)所對應(yīng)的留數(shù)為，則其第i階模態(tài)的固有振 型為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析過程與實(shí)施 模態(tài)試驗(yàn)四個(gè)主要步驟：1）試件仿真（安裝）；2）激振器與傳感器