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模態(tài)試驗(yàn)怎么做?

2019-07-20 00:40:44·  來(lái)源：COINV東方所振動(dòng)噪聲測(cè)試  
　
模態(tài)試驗(yàn)de主要過(guò)程1. 幾何建模模態(tài)試驗(yàn)中僅僅對(duì)結(jié)構(gòu)的一點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)和響應(yīng)測(cè)量是不夠的，實(shí)際中可以對(duì)結(jié)構(gòu)上的多點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)（MISO）或者測(cè)量多點(diǎn)的響應(yīng)（SIMO）
模態(tài)試驗(yàn)de主要過(guò)程


1. 幾何建模

模態(tài)試驗(yàn)中僅僅對(duì)結(jié)構(gòu)的一點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)和響應(yīng)測(cè)量是不夠的，實(shí)際中可以對(duì)結(jié)構(gòu)上的多點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)（MISO）或者測(cè)量多點(diǎn)的響應(yīng)（SIMO），或者在多點(diǎn)激勵(lì)并測(cè)取多點(diǎn)響應(yīng)（MIMO）。在結(jié)構(gòu)上合理確定這些激勵(lì)和響應(yīng)測(cè)點(diǎn)，以及定義自由度確定測(cè)量方向，是幾何建模的主要內(nèi)容。如圖1為確定汽車(chē)結(jié)構(gòu)幾何測(cè)點(diǎn)位置的過(guò)程。

圖1 幾何建模需要確定測(cè)量點(diǎn)位置、方向和約束信息

2. 測(cè)量

對(duì)于EMA模態(tài)試驗(yàn)，常使用力錘或激振器對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，在所規(guī)劃的測(cè)點(diǎn)位置布置振動(dòng)傳感器，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器同步測(cè)量激勵(lì)和響應(yīng)信號(hào)。

對(duì)測(cè)量到的激勵(lì)和響應(yīng)信號(hào)進(jìn)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(jìn)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(lái)判斷測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性。

對(duì)于OMA模態(tài)試驗(yàn)，可以直接使用半譜、相關(guān)函數(shù)或時(shí)域波形進(jìn)行模態(tài)參數(shù)的提取，則激勵(lì)信號(hào)的獲取與FRF的計(jì)算過(guò)程就不是必須的。

注意判斷測(cè)量數(shù)據(jù)的好壞：

1） 分析頻率是否合適，激勵(lì)力的頻率范圍是否合適

2） 相干系數(shù)是否足夠，一般不應(yīng)低于0.75，對(duì)于EMA應(yīng)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(yīng)注意：

a) 連線不好，測(cè)量的是噪聲，不是實(shí)際信號(hào)

b) 信號(hào)過(guò)載，欠載，有干擾信號(hào)

c) OMA多組測(cè)量時(shí)，測(cè)量時(shí)間不夠長(zhǎng)，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(cè)量數(shù)據(jù)中提取模態(tài)參數(shù)的過(guò)程有很多方法，經(jīng)典的頻域方法主要通過(guò)FRF來(lái)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。以最簡(jiǎn)單的PPT峰值拾取法為例，通過(guò)所有測(cè)點(diǎn)的FRF的集總平均可以獲得各階固有振動(dòng)的頻率和阻尼比，而振型則可以通過(guò)各階頻率的FRF的相位信息來(lái)獲取。但是PPT方法只能適合一些簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，其各階模態(tài)頻率較為分散。實(shí)際工程中的結(jié)構(gòu)可能較為復(fù)雜，各階振動(dòng)之間相互耦合，這就需要一些曲線擬合的數(shù)學(xué)算法來(lái)完成，所以也稱為模態(tài)擬合方法，一般通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成，如圖3，將測(cè)量得到的FRF曲線擬合為3個(gè)單自由度的曲線，以獲取3階模態(tài)參數(shù)。

圖3 從測(cè)量的FRF中擬合出若干個(gè)單自由度曲線

4. 結(jié)果驗(yàn)證 

完成模態(tài)參數(shù)識(shí)別后，需要通過(guò)一定的驗(yàn)證手段來(lái)確認(rèn)提取過(guò)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(guān)矩陣可檢查模態(tài)分析的振型結(jié)果是否可靠。如圖4，該矩陣主要用來(lái)校核各階模態(tài)振型之間的正交性，矩陣關(guān)于主對(duì)角線對(duì)稱，主對(duì)角線的元素都為1。矩陣元素的行號(hào)和列號(hào)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(biāo)量乘積，值越小表示正交性越好。理想的模態(tài)分析結(jié)果的振型相關(guān)矩陣除主對(duì)角元素外，其它元素的值都很小。

判斷模態(tài)分析結(jié)果好壞的另一個(gè)有效方法就是比較擬合結(jié)果，即比較實(shí)測(cè)的頻響函數(shù)曲線和由各階模態(tài)留數(shù)構(gòu)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(jié)果相互校核等都可以作為結(jié)果驗(yàn)證的手段。

圖4 利用振型相關(guān)矩陣校驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果
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