試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析

1、試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析劉晨陽(yáng)引言 模態(tài)就是結(jié)構(gòu)固有的動(dòng)態(tài)特性，它包含了系統(tǒng)的固有頻率、阻尼比、振型等參數(shù)。 What 運(yùn)用模態(tài)分析，可以幫助我們?cè)u(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，深入洞察振動(dòng)發(fā)生的根本原因，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化Why 模態(tài)分析方法HowPage:2/25模態(tài)分析的方法數(shù)值模態(tài)分析（Numerical Value Modal Analysis)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析（Experimental Modal Analysis)運(yùn)行模態(tài)分析（Operational Modal Analysis) Page:3/25試驗(yàn)測(cè)試獲得模態(tài)的思路我們所研究的對(duì)象（系統(tǒng)）與外界的關(guān)系一般可用如下的圖來表示：系統(tǒng)識(shí)別問題 Page:

2、4/25求模態(tài)問題試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析系統(tǒng)組成Page:5/25試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析系統(tǒng)組成模態(tài)試驗(yàn)激勵(lì)系統(tǒng)信號(hào)源功率放大器激振器測(cè)量系統(tǒng)傳感器適調(diào)放大器連接部分?jǐn)?shù)據(jù)分析系統(tǒng)信號(hào)分析儀微機(jī)Page:6/25試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試系統(tǒng)組成信號(hào)放大器功率放大器信號(hào)發(fā)生器數(shù)據(jù)采集儀計(jì)算機(jī)加速度傳感器激振器力傳感器Page:7/25試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試的步驟試驗(yàn)準(zhǔn)備 將試驗(yàn)結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)姆绞街纹饋斫Y(jié)構(gòu)激振 選擇適當(dāng)?shù)姆绞郊?lì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)信號(hào)采集 通過測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量、記錄激勵(lì)和響應(yīng) 將記錄的數(shù)據(jù)送入分析儀參數(shù)識(shí)別 通過信號(hào)處理獲得系統(tǒng)離散頻響函數(shù) 估算出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)Page:8/25自由支撐地面支撐支撐方式Page:9/25試驗(yàn)準(zhǔn)備結(jié)構(gòu)激振

3、信號(hào)采集參數(shù)識(shí)別試驗(yàn)準(zhǔn)備結(jié)構(gòu)激振信號(hào)采集參數(shù)識(shí)別根據(jù)與被測(cè)結(jié)構(gòu)的接觸方式接觸式非接觸式根據(jù)激勵(lì)的信號(hào)類型穩(wěn)態(tài)激勵(lì)隨機(jī)激勵(lì)瞬態(tài)激勵(lì)信號(hào)信號(hào)特點(diǎn)特點(diǎn)脈沖信號(hào)對(duì)被測(cè)試件無附加質(zhì)量和剛度約束，能量分散在很寬頻帶內(nèi)，激勵(lì)能量小、信噪比低，純隨機(jī)信號(hào)激勵(lì)能量分布在很寬的頻段內(nèi)，功率譜是平譜，經(jīng)多次平均后可消除各種噪聲信號(hào)干擾、非線性影響及畸變；但由于信號(hào)的非周期性，導(dǎo)致信號(hào)處理時(shí)的截?cái)嗾`差，引起能量的泄露正弦掃描傳統(tǒng)的激勵(lì)方法，比較成熟。它具有激勵(lì)能量集中，信噪比大，測(cè)試精度高，但測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)Page:10/25機(jī)械式激振器利用轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不平衡質(zhì)量慣性力作為激勵(lì)力能產(chǎn)生頻率可變的常力Page:11/25電磁式激

4、振器 將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成 交變磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中放置一個(gè)線圈，利用電磁力產(chǎn)生激勵(lì)力激勵(lì)的頻率和幅值彼此是獨(dú)立控制的,具有較大的可控性Page:12/25電液式激振器利用液壓原理功率放大可以產(chǎn)生很大的激振力在加靜載荷的同時(shí)又加動(dòng)載荷價(jià)格昂貴，試驗(yàn)費(fèi)用高Page:13/25沖擊錘錘體力傳感器錘帽錘柄附加質(zhì)量錘帽材質(zhì)：鋼，鋁，塑料，橡膠，充氣錘帽Page:14/25T(ms)(tF(Hz)H(f)鋼、鋁塑料橡膠、充氣錘帽F(Hz)鋼、鋁塑料橡膠、充氣錘帽T(ms)H(f)(t沖擊錘錘擊法特點(diǎn)及適用1、不需要信號(hào)發(fā)生器、功率放大器及激振器等精密貴重儀器2、不必考慮激勵(lì)設(shè)備與試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的連接問題及由于連接不當(dāng)對(duì)

5、試驗(yàn)結(jié)果的影響3.試驗(yàn)速度快, 試驗(yàn)周期短。激勵(lì)能量小、信噪比低，故測(cè)試精度不高。一般用于中小型結(jié)構(gòu)的快速試驗(yàn)。Page:15/25根據(jù)與被測(cè)結(jié)構(gòu)的接觸方式接觸式非接觸式根據(jù)測(cè)試信號(hào)力傳感器位移傳感器速度傳感器加速度傳感器應(yīng)變傳感器根據(jù)換能方式電感式壓電式壓阻式渦流式Page:16/25試驗(yàn)準(zhǔn)備結(jié)構(gòu)激振信號(hào)采集參數(shù)識(shí)別Page:17/25試驗(yàn)準(zhǔn)備結(jié)構(gòu)激振信號(hào)采集參數(shù)識(shí)別頻響函數(shù)頻響函數(shù)模態(tài)分析模態(tài)分析) f (HFrequency曲線擬合單自由度模態(tài)系統(tǒng)單自由度模態(tài)系統(tǒng)時(shí)域信號(hào)時(shí)域信號(hào)頻域法頻域法頻域信號(hào)頻域信號(hào)傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)模態(tài)參數(shù)模態(tài)參數(shù)FFT傳遞函數(shù)估計(jì)參數(shù)辨識(shí)時(shí)域信號(hào)時(shí)域信號(hào)時(shí)域法時(shí)

6、域法數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型模態(tài)參數(shù)模態(tài)參數(shù)建模參數(shù)辨識(shí)模態(tài)測(cè)試應(yīng)用實(shí)例某型洗衣機(jī)箱體模態(tài)測(cè)試滾筒洗衣機(jī)在工作時(shí)，箱體會(huì)因受到來自筒部撞擊及電機(jī)的振動(dòng)載荷激勵(lì)而振動(dòng)。對(duì)洗衣機(jī)箱體進(jìn)行模態(tài)分析，識(shí)別箱體的動(dòng)態(tài)性能，對(duì)機(jī)箱結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、減振降噪以及洗衣機(jī)整機(jī)多體動(dòng)力學(xué)分析與仿真都具有重要意義。數(shù)值模態(tài)分析試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析對(duì)比兩次結(jié)果并提出建議模態(tài)分析過程Page:18/25洗衣機(jī)箱體的有限元模態(tài)分析1.建立箱體有限元模型2. 有限元離散將實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS中，用以四邊形為主的殼單元對(duì)箱體進(jìn)行有限元離散單元數(shù)為108 741個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)為111 123個(gè)在Pro/E中建立滾筒洗衣機(jī)箱體的三維實(shí)體的簡(jiǎn)化模型Page

7、:19/25洗衣機(jī)箱體的有限元模態(tài)分析1階24.474Hz2階29.201Hz3階42.4271Hz4階42. 7Hz箱體的前四階振型均發(fā)生在箱體的兩側(cè)，呈“鼓”狀振動(dòng)。前兩階振型相同，僅相位相差180，且頻率接近于洗衣機(jī)的工作頻率（洗衣機(jī)按01 600r/min計(jì)，頻率在027Hz區(qū)間），是洗衣機(jī)整機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)噪音的主要源頭之一Page:20/25洗衣機(jī)箱體的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析采用比利時(shí)LMS 公司的LMS Test.lab 測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)箱體的試驗(yàn)?zāi)B(tài)試驗(yàn)和分析，測(cè)試系統(tǒng)主要由模態(tài)加速度傳感器、沖擊力錘、LMSSCADAS采集前端、LMS Test.lab分析軟件組成試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)Page:21/

8、25洗衣機(jī)箱體的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析支撐方式：自由支撐激振方式：沖擊力錘（軟頭）測(cè)量方法：在箱體上布置127個(gè)測(cè)點(diǎn)，在箱體的后上部、右側(cè)板中心這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)安置加速度傳感器，試驗(yàn)過程中，移動(dòng)帶有力傳感器的力錘，敲擊其余125 個(gè)測(cè)點(diǎn)，為了提高信噪比，每個(gè)測(cè)點(diǎn)敲擊4次，測(cè)得的4次響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性平均。試驗(yàn)測(cè)試方法Page:22/25洗衣機(jī)箱體的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析用Test.lab軟件對(duì)箱體各測(cè)點(diǎn)傳遞函數(shù)進(jìn)行模態(tài)擬合，計(jì)算模態(tài)參數(shù)。試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試結(jié)果固有振型完全相同有限元分析結(jié)果的各階固有頻率均低于試驗(yàn)結(jié)果推測(cè)為箱體在沖壓成型后產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，間接性提高了箱體剛度。比較兩次模態(tài)分析的結(jié)果Page:23/25箱體有限元模型的修正和分析調(diào)整箱體材料的相關(guān)參數(shù)，重新進(jìn)行有限元計(jì)算修正后的有限元計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果，各階固有頻率的相對(duì)誤差在4.5 %以內(nèi)，各階振型仍然保持一致。Page:24/25結(jié)論 通過模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，該箱體前4階模態(tài)均發(fā)生在兩側(cè)板上，固有頻率相對(duì)較低。